Как измерить ватты на велосипеде

Самодельный велосипедный измеритель мощности DIY Power meter

Я давно люблю кататься на велосипеде, но в последний год меня заинтересовало не только катание как таковое, но и улучшение моих результатов, в спортивном плане. Изучая всевозможные методики, планы тренировок и вспомогательные средства, почти каждый раз все упиралось в необходимость (ну или по крайней мере огромную пользу) для тренировок такого устройства как Power meter.

И я решил собрать такой.

Для чего нужен мощномер?
Это устройство измеряет мощность, которую вы прикладываете к педалям. Знание мощности сильно помогает в тренировках: можно отслеживать свой прогресс во времени, он позволяет точно понимать, какое усилие вы прикладываете при езде — и это вы сейчас так медленно едете потому что плохо выспались, или в действительности дорога идет в горку? И дает множество других полезных возможностей.

Зачем делать мощномер самому, вместо покупки?
1 — цена на существующие образцы просто чудовищна, наиболее дешевые образцы стоят 600 американских денег (а в среднем около 1000), не включая доставку, растаможку и head unit (экранчик/компьютер, который и отображает данные, что будет стоить еще не менее 100 долларов)
2 — потому что мне интересно что-то конструировать и смотреть как это работает 🙂

Принцип действия
Есть много вариантов измерить мощность, я выбрал один из них: измерять изгиб шатуна от давления ноги на педаль.

Материальная база
Я долго искал, какой же чувствительный элемент доступен и можно использовать в таком устройстве? Рассматривались разные варианты — оптические датчики, пьезодатчики, измерение частоты передаваемого звука, но пришел к выводу, что проще всего будет использовать мостовой датчик нагрузки. Начав искать, где же его можно приобрести, пришел к неутешительному выводу, что либо дорого, либо заказывать в Китае и ждать от двух недель до двух месяцев. Но лазя по одной местной доске объявлений, нашел предложение по продаже весов с точностью 0.01 грамм и совсем не за дорого. Я не был еще уверен, что в весах именно такой датчик, но заказал все равно.

Разбирать было очень жалко, хоть они и стоят недорого

Вскрыв весы, я обаружил в них именно то, что искал, мостовой датчик нагрузки!

Был проведен короткий эксперимент, с помощью которого я узнал, сможет ли такой датчик измерить изгиб шатуна.

Действительно, работает!

Поскольку в весах все электронные компоненты оказались под одной «каплей», то весь электронный обвес нужно было искать и делать самому.
Список деталей, который я выбрал:
1 — усилитель датчика веса HX711 — к нему подключается мостовой датчик, на выходе получаем некоторое значение, уже в цифровом виде, удобно для обработки
2 — датчик каденса — геркон, — нужен для измерения скорости вращения педалей, так как просто измерить приложенное усилие к педелям не достаточно, чтобы измерить мощность, нужно знать и частоту вращения
3 — передатчик, bluetooth модуль HC-05, для передачи данных на компьютер или телефон
4 — контроллер Arduino nano — мозги устройства, обрабатывают поступившие с усилителя и геркона данные, отправляют на передатчик
5 — питание — так как все модули требуют питания 5В, нужен источник питания и преобразователь, источником было решено взять батарейный отсек от весов, с которых был снят и дачик нагрузки

Собрав все вместе я получил следующую картину

Нда, и как это все поместить на педаль?

Пришлось все умещать в корпусе от все тех же весов, едва получилось. От разводки и травления плат я далек, поэтому просто подпаял к ножкам микросхем провода. Если разводить отдельную плату и устанавливать на нее smd компоненты, то получится, конечно же, намного меньше.

Все было собрано и, на удивление, аппаратная часть заработала с первого же раза. Блок с микросхемами я примотал к шатуну изолентой, а датчик нагрузки приклеил к шатуну горячим клеем (как в дальнейшем оказалось — не лучшая идея, датчик настолько точный, что меряет легчайшие передвижки, а клей обладает текучестью, от чего наблюдался дрейф сигнала)

Получилось так, неказисто, но ездить не мешает.

Калибровка
Модуль датчика веса передает не граммы или килограммы, а некие попугаи, которые нужно поставить в соответствии с нагрузкой. Это было проделано с помощью простейших инструментов.

Нанокалибратор

Данные нагрузки сразу передавались на компьютер, с помощью чего я нашел соответствие сигнала и приложенного усилия:

Нелинейность сигнала возникает из-за того, что шатун не только прогибается под нагрузкой, но еще и закручивается

Была написана простейшая утилита, принимающая данные через bluetooth и отображающая их на экране в реальном времени. Снова в неказистом стиле 🙂

А это точно интерфейс айфона 7?

Итак, что же мы видим на интерфейсе?
Большие цифры сверху и есть мощность, на одну сторону (помните, у нас датчик только на левом шатуне?), поэтому для полной мощности нужно умножить на 2. Кстати формула мощности: N = момент * угловую скорость, в программе она так и считается.
kad — каденс
kilos — давление на педаль, в килограммах

График показывает, как распределялось давление на педаль во времени, вертикальные полоски показывают момент прохождение геркона мимо магнита, необходим для измерения частоты педалирования.

Круговая диаграмма показывает как распределялась нагрузка в рамках одного круга педалирования — красный сектор это давление на педаль, зеленый сектор, то когда педаль идет наверх, и мы опираемся на нее ногой (паразитная нагрузка)

На все вместе, включая паяльник, бюджет составил 30$.
Скорее всего, у именитых производителей цены так задраны из-за отсутствия спроса, на мой взгляд, на весь мир годовой объем рынка паверметров всего около 100 тыс. единиц на всех производителей вместе взятых.

Мое устройство показало работоспособность, снято с велосипеда и отложено до лучших времен, когда я смогу развести нормально плату, чтобы уменьшить ее размеры и прочие интерфейсные вопросы 🙂

Источник

Измерение мощности велосипедиста

Мощность на единицу веса — важный показатель, который нужно непременно улучшать, если только вы не совершаете велозаезды по идеально ровным трассам. В этой статье мы постараемся объяснить, что это такое, почему этот параметр имеет такое значение, как выполнить измерение мощности для велосипедиста, а также дадим рекомендации, как улучшить показатель.

О мощности велосипедистов

Некоторые мотоциклисты шутят: «Счастье за деньги не купишь, а вот купить дополнительные лошадиные силы — это пожалуйста». Велосипедисты интерпретируют это по-своему: им не нужно покупать дополнительную мощность, они могут ее производить с помощью собственных мышц и за счет ресурсов организма, хоть это и непросто.

Поскольку увеличение аэробной способности позволяет повысить показатель мощности мышц, в плане физиологии это значит, что существуют вполне конкретные пределы развития мощности. Но, к счастью, абсолютная мощность — это не единственный фактор, который определяет эффективность велосипедистов. Вес спортсмена также играет немаловажную роль, поскольку увеличение массы тела или движение вверх по направлению, противоположному силе притяжения Земли, требует увеличенной мощности. Следовательно, чем меньшую массу приходится перемещать, тем меньшая мощность для этого требуется.

Для всех велосипедистов, которые прокладывают свой маршрут по неровным дорогам, важно понимать соотношение мощности и веса, которое обычно измеряется в ваттах на килограмм. Чтобы узнать показатель, просто разделите максимальную выходную мощность велосипедиста в ваттах на массу тела в килограммах. Например, 80-килограммовый спортсмен с максимальной выходной мощностью 280 ватт получает показатель мощности на единицу веса, равный 3,5 ватта на кг.

Показатель мощности на единицу веса позволяет спрогнозировать эффективность тренировки атлета. Рассмотрим на примере двух велосипедистов: максимальная мощность велосипедиста А равна 250 Вт, а велосипедиста Б — 225 Вт. На идеально ровной плоской поверхности (где гравитация не играет роли), можно с уверенностью спрогнозировать, что велосипедист А окажется быстрее велосипедиста Б. А вот на неровной, сложной поверхности показатель мощности на единицу веса начинает играть свою роль. Если представить, что оба велосипедиста весят 80 кг, то велосипедист А будет двигаться быстрее. Однако если он будет весить 80 кг, а второй — всего 68 кг, то показатель А будет равен 3,13 Вт/кг, а показатель Б — 3,31 Вт/кг. И тогда на неровной дороге преимущество получит велосипедист Б.

Табл. 1. Соотношение мощности на единицу веса при различных выходных мощностях и весовых показателях (ватты на килограмм)

Что такое мощность на единицу веса (Вт/кг)

Мощность на единицу веса высчитывается по формуле: мощность (Вт) разделить на массу (кг). Поэтому каждому спортсмену, даже тому, кто совсем не дружит с физикой и математикой, под силу рассчитать мощность велосипедиста. При этом существует три сценария повышения этого показателя:

Из этого следует, что при повышении выходной мощности и увеличении веса спортсмена показатель не будет расти. То же самое происходит и в случае, если спортсмен сбрасывает вес и при этом снижает выходную мощность. В таблице 1 хорошо видно соотношение веса к мощности и то, каким образом показатель растет при увеличении выходной мощности и уменьшении веса.

Теперь представим, что 90-килограммовый велосипедист хочет улучшить показатель мощности на единицу веса. Если он сбросит порядка 10 кг, показатель вырастет с 3 до 3,4 Вт/кг. Это более простое решение, чем сохранение веса на прежнем уровне и попытки увеличить выходную мощность 300 Вт.

Какой показатель мощности к единице веса считается хорошим

Каким должно быть отношение мощности к весу? Это зависит от периода времени и профессионализма спортсмена. Нагляднее видно в таблице 2 (см. ниже).

Табл. 2. Типичное соотношение мощности и веса для различной спортивной подготовки велосипедиста

Неудивительно, что профессионалы получают максимально высокий показатель соотношения мощности и единицы веса в любой промежуток времени. Если сравнивать с новичками и любителями, профессионал может ехать практически с максимальной мощностью, а утомляемость его мышц значительно ниже, чем у новичка или любителя.

Что влияет на показатель мощности на единицу веса на холмистых и ветреных участках

Как мы знаем, перемещение массы вверх подразумевает противодействие силе земного притяжения. Это объясняет, почему показатель мощности на единицу приобретает такое большое значение при подъеме.

Для наглядности давайте сравним требования к мощности для 70- и 80-килограммового велосипедиста на 6-килограммовом велосипеде по дороге с уклоном 7% на скорости 16 км/ч при постоянном ветре. С помощью параметров прокатки и воздушного сопротивления можно подсчитать, что 80-килограммовый спортсмен должен поддерживать среднюю выходную мощность на уровне 298 Вт; при этом необходимый показатель соотношения мощности на единицу веса составляет 3,73 Вт/кг. В свою очередь, 70-килограммовому спортсмену нужно всего 266 Вт выходной мощности при тех же условиях, и показатель мощности на единицу веса составит уже 3,80 Вт/кг.

Исходные условия: два велосипедиста, велосипед весом 6 кг, скорость движения 16 км/ч, уклон дороги 7%

Почему так? Простыми словами, помимо выходной мощности, которая напрямую связана с массой тела спортсмена (из-за подъема в гору), существует дополнительная работа, выполняемая при выталкивании воздуха (т. е. преодоление сопротивления воздуха), одинаковая для обоих спортсменов. С повышением скорости увеличивается и сопротивление воздуха. Важно помнить, что чем тяжелее велосипедист, тем больше площадь тела, на которую приходится воздушное сопротивление, следовательно, такому атлету ехать тяжелее.

Приведем еще один пример. Предположим, спортсмены едут в два раза быстрее (32 км/ч), а уклон дороги составляет 3,5%. Тогда показатели изменятся следующим образом:

Как мы видим, чтобы поддерживать такую скорость, более тяжелому спортсмену нужно приложить больше усилий и ехать с большей выходной мощностью.

Как обстоят дела на практике

Конечно, чем холмистее дорога, по которой едет велосипедист, тем важнее соотношение мощности и веса. А если показатель мощности на единицу веса идентичен для нескольких спортсменов, то спортсмен с более высокой мощностью окажется быстрее. Например, если один велосипедист весит 80 кг и его мощность педалирования составляет 240 Вт, а второй весит 70 кг и его удельная мощность составляет 210 Вт, то их показатель мощности на единицу веса будет равен 3 Вт/кг. Но первый спортсмен будет ехать быстрее, так как его выходная мощность выше и он легче преодолеет сопротивление воздуха. Чем ровнее дорога, тем важнее абсолютная мощность. Чем холмистее дорога, тем большее значение приобретает показатель мощности на единицу веса.

Проверка вашей выходной мощности

Для подсчета вашего показателя мощности на единицу веса нужно знать всего два параметра: ваш вес и максимальную выходную мощность. Первый параметр измерить очень просто — достаточно встать на весы. Для измерения второго параметра нужно узнать выходную мощность. Сделать это можно с помощью измерителя уровня мощности на обычном велосипеде или на велотренажере с использованием точного ваттметра (например, датчика на WattBike).

Чтобы измерить максимальную стабильную аэробную способность, едьте на велосипеде в течение 10 минут, чтобы в достаточной мере разогреться. Отдохните несколько минут, а затем едьте на максимуме своих возможностей в течение 20 минут и зафиксируйте средний цифровой показатель. Это будет вашей максимальной стабильной аэробной способностью за 20 минут. Ваш часовой показатель будет на 5-10% ниже, а вот пятиминутный показатель будет выше прим. на 10%.

Советы по улучшению вашего показателя мощности на единицу веса

Как мы убедились выше, повышение мощности, понижение веса или сочетание этих факторов способно существенно повлиять на этот показатель. Но как можно добиться максимума? Это зависит от опыта и подготовки велосипедиста:

Новички

Чем больше километров вы проедете, тем выше будет ваше соотношение мощности и единицы веса. Вы не только увеличите свою аэробную способность, но и, вероятно, сбросите лишние килограммы. Например, если вы похудеете с 86 до 82 кг и увеличите 20-минутный показатель выходной мощности с 210 до 235 Вт, ваше соотношение мощности и единицы веса увеличится с 2,4 Вт/кг до 2,9 Вт/кг.

Опытные спортсмены

Вам нужно несколько больше, чем просто увеличение количества преодоленных километров. Безусловно, количество преодоленных километров поспособствует снижению веса, но увеличит вероятность усталости и выгорания. Более того, попытки снизить вес, когда процент жира в организме и так маленький, приведет также к потере мышечной массы. Оптимальным решением будет включить в план тренировок специфические упражнения для увеличения выходной мощности, а именно интервальные тренировки (долгие и короткие, но более интенсивные). Кроме того, рекомендуем добавить серии подъемов в гору с небольшими передышками. Обращаем ваше внимание на то, что такие усиленные тренировки требуют достаточного периода отдыха для адаптации мышц к нагрузкам и их полноценного восстановления.

Силовые тренировки

Для опытных и выносливых спортсменов можем также порекомендовать силовые тренировки. В ходе исследований было установлено, что тренировки с сильным сопротивлением отлично прорабатывают мышцы, задействованные при велозаезде (квадрицепсы, мышцы задней поверхности бедра, ягодицы и икроножные мышцы), а также повышают выносливость этих мышц, позволяя выдерживать большую нагрузку во время активных велотренировок или в период снижения веса.

Питание

Независимо от степени вашего профессионализма в велоспорте, здоровое и правильное питание с минимальным количеством сахара, отказом от сильно обработанных продуктов с высоким содержанием жира поможет улучшить показатель мощности на единицу веса. Достаточное употребление нежирной белковой пищи окажет положительное влияние на мышцы, особенно после тренировок. Белок нужен организму для восстановления после занятий, а также для предотвращения потери мышечной массы в период высоких спортивных нагрузок. Употребление в пищу продуктов, богатых витаминами, микро- и макроэлементами, также позволит улучшить общее самочувствие, наполнить организм полезными веществами и создать необходимый питательный резерв для новых спортивных свершений.

Источник

Хотите результата? Ставьте на велосипед измеритель мощности

Рассказываем, почему покупка мощемера, возможно, самое выгодное вложение для улучшения результата

Среди десятков всевозможных гаджетов и апгрейдов для вашего байка, начиная от материала на подлокотниках лежака и заканчивая колесами, есть одно устройство, которое способно полностью изменить вас, как велосипедиста. Это устройство – измеритель мощности (мощемер), который при правильном применении способен вывести любого атлета на другой уровень.

Для начала, что такое измеритель мощности? Это тензодатчик, который может распологаться в педалях, в пауке, во втулке или шатунах, он измеряет крутящий момент и сочетает его со скоростью для расчета мощности в ваттах. Считается, что самый удобный вид мощемера – педали, потому что позволяет перекидывать их с велосипеда на велосипед, подлежат ремонту и легко заряжаются.

Конечно, у всех технологий есть противники, есть адепты “старой школы”, среди них и известные, вроде австралийского тренера Бретта Саттона, который новичкам не рекомендует использовать пауэрметры. Но пометим его рекомендации как “лирика” и расскажем, почему измерители мощности так хороши, когда речь идет о тренировочной эффективности.

Точность

Многие скажут: “ведь есть пульсометр, зачем мне еще одна метрика для определения усилий?”. И здесь главное преимущество мощемера над пульсометром: мощность постоянна и зависит исключительно от прилагаемых усилий, а пульс может меняться изо дня в день по ряду причин: уровень гидратации, количество часов сна накануне тренировки, бытовой стресс, общая усталость, температура за окном. Конечно, иногда эти факторы могут вполне очевидно намекнуть вашему сердцу (пульсу), что тренировку нужно провести в другой зоне или вообще отдохнуть. Важное отличие и преимущество над пульсометрами – данные в реальном времени. Ведь даже на минутных интервалах пульс поднимается постепенно, примерно к 20-секунде, а на пик выходит только под конец отрезка. Мощность же будет показывать сразу – вот вы вышли на целевые показатели и стараетесь их удержать.

С мощемером вы знаете свои слабые и сильные стороны.

Наличие мощемера означает, что вы можете объективно понять свои сильные и слабые стороны. Профиль мощности спринтера и “раздельщика” сильно отличается, поэтому мощемер поможет определить в какую сторону вам двигаться с вашими физическими данными, слабыми и сильными сторонами. Затем вы иили ваш тренер скорректируете тренировочный план для развития и улучшения именно тех качеств, которые нужны для вашей дисциплины/гонки. Если говорить о конкретных примерах, то мощемер поможет распознать, что вы выдаете лучшую мощность на низком каденсе на длинной дистанции, или, например, что в гору вам лучше ехать сидя, а не стоя. Знание этих деталей может помочь вам выбирать гонки, которые больше всего подходят, и создать гоночную тактику, которая поможет вам оптимизировать ваши усилия.

…и знаете, что с ними делать

«Скажите “нет” бесполезным километрам» – такой девиз можно приписать измерителям мощности. Использование измерителя мощности означает, что вы можете максимизировать эффективность тренировок, делая акцент на ваших индивидуальных потребностях. Если вы выступаете на “олимпийках” и вам нужно проезжать 40 километров в темпе чуть ниже вашего FTP, это значит, что ваш тренировочный план должен быть рассчитан на улучшение субпороговых способностей организма,

Планирование гонок

Наконец, мощемер помогает убрать элемент неожиданности на гонках. Атлет знает на каких цифрах он должен работать, знает свой порог. Отличный пример такого планирования – полная дистанция. Ведь после велосипеда следует бег, на который нужно оставить силы и крутить в строго обозначенных зонах.

Теперь коротко расскажем о том, как начать пользоваться мощемером.

FTP-тест

Первое, что вам нужно будет сделать после покупки мощемера – устроить себе FTP-тест. FTP – это functional threshold power, функциональный порог мощности. Все современные тренировочные сервисы позволяют сделать его дома (нужен смарт-станок или обычный станок+велосипед с мощемером), его также можно сделать на улице с мощемером (но в наших условиях делать это опасно, ведь нужна ровная идеальная дорога без препятствий и желательно даже без подъемов). Так выглядит классическая 20-минутная процедура для замера FTP:

1. Разминка от 10 до 20 минут.

2. Четыре интервала по одной минуте в субмаксимальном темпе, чтобы подготовить организм к жесткой работе. Перерыв между интервалами – 3 минуты.

3. Начинаете 20-минутный интервал, первые 5 минут адаптируетесь на субмаксимальной нагрузке, а затем оставляете на велосипеде себя всего.

4. Полученные значения мощности на 20-минутном интервале умножаете на 0.95. Именно такие цифры мощности вы в теории сможете держать во время часовой тайм-триала на велосипеде. Другой вариант – замер мощности на часовом интервале. По факту, это самое точно определение FTP, но и самое жестокое для атлета.

Если выполняете FTP-тест в таких приложениях, как Zwift, TrainerRoad, Tacx App и подобных на смарт-станке, то вам нужно будет лишь следовать профилю тренировки, FTP рассчитается сразу после окончания теста приложением.

Итак, вы знаете свой FTP, что дальше?

Зная свой FTP, тренер или вы можете написать тренировочный план, скорректировать существующий. Усредненные зоны интенсивности по FTP, которые станут вашим ориентиром в мире тренировок по мощности. Помните, что обладание этим знанием не делает вас быстрее. Важно уметь анализировать, применять их, и превращать в именно те тренировки, которые нужны вам.

Что нужно помнить при использовании мощемера:

– Имейте в виду, что средняя мощность включает время, когда вы не крутите педали. Особенно это касается групповых заездов, когда время фривила велико.

– путаница между средней мощностью и нормализованной мощностью. Нормализованная мощность учитывает интервалы и усилия, которые происходили в течение всей поездки. Средняя мощность просто усредняет данные тренировки, что может привести к неправильной интерпретации более интенсивных тренировок, которые могли быть более утомительными.

– не забывайте калибровать устройство перед каждой тренировкой. Атмосферное давление, температура на улице и другие вещи могут изменить показания мощемера.

– помните о различиях между ездой на станке и по улице. Иногда сравнение цифр мощности на улице и в помещении не очень корректно, что может вести к неправильной интерпретации результатов.

– когда начнете тренироваться по мощности, вам предстоит научиться контролировать ее, следуя плану, в разных условиях. Держать 300 ватт на равнине и в гору по началу совсем не просто, но это то, к чему нужно стремиться.

Тренировки с мощемером – это не просто “игра в циферки”. Если просто наслаждаться большими значениями, никак не анализировать и не синхронизировать данные с тренировочным планом, то эффекта от мощемера не будет. Измеритель мощности – это эффективный и тонкий в использовании инструмент, который требует понимания для чего он нужен.

Материал подготовлен совместно с компанией Libertime.

Источник