lin1959

no report, no news, no articles, no funny...but we have a last posts :)

---

Велосипедный измеритель мощности без тензодатчиков и радиоканала.

Всегда мечтал иметь измеритель мощности на велосипеде и даже пытался сделать сам. Клеил на стартоновские шатуны тензорезисторы, усиливал сигнал и обрабатывал процессором. Стальные шатуны гнутся хорошо , сигнал был стабильный, но для передачи на руль нужен был радиоканал, а это все усложняло дело на порядок, так и не доделал.

Как-то стал обращать внимание, что чем интенсивнее крутишь педали, тем быстрее теряешь скорость в накате при свободном ходе. А что если замерять потерю скорости и вычислять эту самую интенсивность, то есть мощность? Для этого ведь не нужен радиоканал, достаточно сигнала с геркона переднего колеса. Идея новая и требует проработки по многим вопросам.

Что-то подобное уже делалось- iBike Newton http://www.ibikesports.com/index.php/pr ... ke-newton/, там тоже используется второй закон Ньютона, но реализация принципиально другая.

Сначала разберемся с физикой.

Мощность равна силе помноженной на скорость. N=F*V. Скорость мы мерять умеем, значит нас будет интересовать только сила, а точнее - сила сопротивления нашему движению. Она состоит из сопротивления качению, уклона, ветра и ускорения. При накате теряется скорость в результате приложения первых трех сил, к ускорению мы еще вернемся. Зная величину торможения, можно посчитать их результирующую сумму по второму закону Ньютона F=m*a, где m - масса, a - ускорение, обратное торможению. Масса нам известна, осталось замерить торможение, а для этого займемся математикой. Ускорение равно изменению скорости за единицу времени. a=dV/dt. А где их взять эти dV и dt? Но мы можем замерить два смежных периода оборота колеса и вычислить dV и dT. Получим a=(S/t1-S/t2)/(t2-t1), где S - окружность колеса. Это все теория, а что это дает нам практически? Когда свободным ходом теряется скорость, мы теперь знаем мощность, необходимую для поддержания текущей скорости. А раз она падает, то и мощность падает и это мы можем наблюдать визуально на индикаторе, если захотим. Например, ехали 30км/ч, перестали крутить педали и видим на приборе 200вт, а это значит, что для поддержания данной скорости нужно тратить 200вт и вы её непременно тратили, пока крутили. Скорость упала до 20км/ч, а мощность до 70вт и если начать крутить педали, что бы скорость перестала дальше падать, то нужно развивать 70вт. Сложно? То ли еще будет.

На данном этапе мы уже умеем измерять мощность, когда отдыхаем, но наша задача видеть мощность, которую в поте лица вкручиваем. Есть таблица соответствия мощности и скорости для трека.

Результаты исследования Bert Hoge, Jeroen Schasfoort. Тестирование проводилось на 200-метровом велодроме на шоссейном велосипеде, для каждого теста делалось по 10 кругов, т.е. по 2 км.




Строим график, апроксимируем и забиваем в табличную функцию. Теперь наш прибор может показывать мощность по ходу педалирования на треке или на ровной дороге без ветра. Теперь вспомним ту самую четвертую силу сопротивления движению, которой мы пренебрегли при торможении. Торможение мы научились вычислять, а ускорение - это тоже самое, но с обратным знаком. Теперь при разгоне на треке к мощности по таблице прибавляем мощность ускорения и получаем реальную мощность учитывая все 4 силы сопротивления движению для идеальных условий - без ветра ровная дорога. Например - разгоняемся в напряге до 30км/ч. По таблице это 180вт, но прибор показывает более 500вт на протяжении всего разгона... и это правильно. Осталась самая малость - заехать в горку против ветра... и мы таки сделаем это. Для этого нужно научиться модифицировать нашу табличную функцию, а именно, поднимать и опускать по абсциссе на определенный коэффициент в зависимости от ветра и уклона дороги. Для этого мы и считали силу торможения, которая учитывает уклон, ветер и сопротивление качению. Например - на скорости 30км\ч сила торможения 4кг, а по таблице для трека 2кг, значит коэффициент пересчета 2. Теперь при скорости 20 мощность покажет не 70, а 140вт. Практически это происходит следующим образом : когда вкручиваем - считаем мощность, когда едем накатом - калибруем коэффициент пересчета. Если дорожные условия меняются из-за ветра или уклона, пропускаем один или больше оборотов педалей. Что-бы проц знал, когда калиброваться нужен геркон на педали, или кнопка на руль. Мне больше понравился геркон. Вот теперь все.

Схема.


Для индикации используется самый обычный велокомпьютер, желательно с функцией средней скорости, которая теперь покажет среднюю мощность, а пройденный путь проделанную работу. 30.0 км\ч читаем как 300вт. Контакты велокомпа подключены на выход проца с соблюдением полярности, а герконы скорости и каденса к входам проца. Прошивка расcчитана на общий вес 90кг, окружность колеса 209см, а на велокомпе нужно выставить размер колеса 9". Напряжение питания 2.7-5в. Я использую маленький аккум от мобилки. Ток потребления 2-5мА. Мощность усредняется за последние 10м или 5 оборотов колеса. Калибровка усредняется за все время свободного наката, но не менее 3м. Во время калибровки мощность не обнуляется, хоть вы и отдыхаете, а показывает величину, необходимую для поддержания текущей скорости. Если при этом нет торможения, тогда показывает минимальную мощность 11вт, это когда с горы. Так удобней, иначе велокомп на нуле тормозит. Прибор может работать не только на велосипеде, но и на любом колесном средстве передвижения - электро-велосипеде, мопеде, мотоцикле, автомобиле.

При включении в течении 5сек должно показывать 500вт, затем 25вт пока не закрутится колесо. Прошивка тутhttp://linkov.ucoz.net/ в каталоге файлов.

---

Проэкт неожиданно получил новый импульс. Заболело колено и не удалось откалиброваться на горке. Проблема в том, что для калибровки нужно проехать минимум 3м накатом и скорость не должна упасть меньше 7км/ч. Первым делом переписана программа и устранено ограничение по минимальной скорости. Откалиброваться накатом всегда можно, но на крутой горке это не всегда удобно. Очень захотелось иметь измеритель уклона и тогда мощность будет адекватна даже на кросскантрийной трассе. Тут намечаются два варианта - ионный датчик на электролите или магнитный акселерометр на базе ADXL345. Если у кого есть электронный уровень, то большая просьба испытать его на велосипеде на предмет вибрации.

---

Кнопка заработала, просто, не туда запаял. В принципе, моя часть работы закончилась, коммерцией должен был заниматься другой человек, мой сын, но ему некогда - он занят компьютерными играми.
Тема в мэйнстриме! Молодежь, налетай! Изучаем школьную программу физики, математики, программирование и вперед! Кто первый, тот сорвет куш!

---

Апроксимация идет для шоссера в средней посадке. 35 км.ч - 275 вт, 50км\ч - 725вт. Но тут фокус в том, что абсолютные цифры мало значат, для апроксимации важна кривая зависимости мощности от скорости. Для байкера и шоссера эти кривые идентичны, но смещены по оси Х. После первой же калибровки прога находит реальную точку на кривой и уже от неё ведет отсчет до следующей калибровки. Калибровка учитывает все силы сопротивления движению, от которых зависит уменьшение количества движения свободного наката. Чем больше вы прилаживаете мощность для поддержания скорости, тем стремительней она будет теряться в свободном накате, когда педали не работают. Потери в цепной передаче никак не влияют на накат, поэтому они не учитываются, они ничтожны, но известны, если цепь смазана и в случае необходимости могут быть учтены.

---

Приятно отвечать на адекватные вопросы.
Начнем с главного - сегодня провел первые испытания на дороге! Когда работаешь отрезок и мощность выпрыгивает за 600вт - это незабываемые впечатления! Чего греха таить, даже отработав всё в симуляторе, оставались сомнения. Главное, что физический принцип действует и формулы пересчета правильны. Не скрою, есть отдельные моменты - не срабатывает кнопка калибровки, хотя в симуляторе все работало. Сама калибровка работает, но только от внутреннего прерывания.
Теперь по вопросам. Без показаний скорости было непривычно, значит трогать основной комп не нужно. Будет два варианта индикации - на велокомп и на собственный ЖКИ. Велокомп считает сам среднюю мощность и работу, что хорошо, но немного тормознутый, особенно на низких скоростях и есть возможность корректировать массу, изменяя диаметр колеса в настройках.
Кроме массы программа учитывает окружность колеса, но тут зависимость не линейная и просто так не скорректируешь. На моем шоссере 28дюймов 209см, на байке 26 дюймов на толстыхпокрышках 205см. В прогу заложено 208 под покрышки 23мм, у меня 25. Переставлять можно без больших ошибок. Пользовательские настройки будут дискретными с помощью перемычек на порты или точными через АЦП. Проц все равно будет более продвинутый, а то память забита под завязку. ЖКИ предполагался изначально, но выбор там небольшой, но зато быстро реагирует и можно выводить скорость, среднюю скорость, среднюю мощность и работу, но прога уже будет вдвое больше, а пока хочется чего-то попроще и побыстрее.