Велосипедный компьютер собирает данные с датчиков, далее производит арифметические действия и показывает результат: скорость, каденс, пульс, время в пути и т.д. Иногда — мощность, но это как правило отдельный прибор. Честно говоря, мне режет слух, когда такое простое устройство называют компьютером. Это скорее калькулятор, который мало чем отличается от первых механических счетчиков оборотов колеса. Но что было бы если в велосипедном компьютере действительно был хорошо так задействован современный процессор, например как в смартфоне?
Обычный, можно сказать самый примитивный велокомп постоянно показывает две цифры. Скорость показывается всегда, а «вторая цифра» на выбор, например пройденное расстояние или средняя скорость (на фото показано «время в пути»). Двух цифр мне на бреветах не хватало. В качестве основного показателя было необходимо знать пройденное расстояние, чтобы не проскочить указанные в легенде повороты. А еще когда мы ехали в паре нужно было видеть обычное время, поскольку мы ехали сменами по 5 минут. Поэтому пришлось укрепить на околорулевую сумку наручные часы. Велокомп на следующий велосипед купил с тремя показателями, две цифры как обычно плюс показ времени. Но увы, пользоваться им оказалось очень не удобно, к тому же беспроводное соединение сильно сбоило. Сейчас используем бюджетные компьютеры с датчиком скорости и каденса по протоколу ANT+, надежностью передачи данных доволен. Велокомп показывает по умолчанию те же две цифры (использую скорость и каденс), в принципе может показывать третью цифру, но только пульс. Датчика пульса у меня нет, пока не «созрел». На бреветы ставлю еще навигатор Гармин, который помимо карты может показывает внизу карты еще две цифры на выбор. Всего четыре цифровых показателя перед глазами. В принципе Гармин можно настроить на показ многих показателей вместо карты, да и вообще в сети часто можно встретить мнение, что имея GPS, обычный велокомп, который берет данные с «магнитиков», не нужен. Оставлю это за рамками этой заметки, скажу только, что не согласен с тем, что GPS может заменить измерение расстояния «курвиметром» колеса.
Смысл такого долгого вступления только в том, что двух цифр не дисплее обычного велокомпа мне не хватает. А тогда сколько и какие?
Начну с показаний, которые хотел бы постоянно иметь перед глазами на «основном дисплее» велокомпа.
Текущая скорость. Да, пожалуй основной показатель любого велокомпа. Нужна.
Текущий каденс. Да, нужен, по крайнем мере мне. Довольно долго ездил без этого показателя, поскольку после того как освоил каденс по миниатюрному метроному и так представляю с каким каденсом еду. Но удобно использовать эти данные при силовом педалировании, например в гору, чтобы не залезать надолго в «красную зону», когда каденс меньше 60-и. В зону слишком большого каденса тоже можно как ни странно залезть незаметно. А еще иногда хочется покрутить 100+ для отработки навыка. В общем, на показания каденса смотрю часто и отказываться не хотелось бы 🙂
Подъем (или спуск), желательно в процентах, как указано на дорожных знаках. Велосипед иногда катит, а иногда «не катит». Интересно знать, может быть дело просто в небольшом спуске или подъеме. Рельеф иногда выглядит обманчиво. Да и вообще, показатель подъема позволил бы лучше управлять расходом сил.
Направление и сила ветра (флюгер). Ветер очень сильно влияет на поездку. Показание прибора перед глазами дало бы возможность лучше распределять силы (отдыхать, когда ветер в спину, а не радоваться, что сегодня в необычно хорошей форме и вламывать, уж если так здорово катится). Да и лучше представлял бы, что ждет за поворотом. Таким образом, хотелось бы два параметра: скорость ветра навстречу, которая непосредственно влияет на усилия и направление ветра, но не по «сторонам света», а относительно движения велосипеда.
Мощность, вырабатываемая ногами. Здесь затрагивается отдельно огромный раздел специальных устройств по измерению мощности. Общее для всех этих устройств — довольно приличная цена (которая, правда, снижается) и спортивная направленность. Я бы не отказался от показаний мощности и без спортивной направленности, поскольку хотел бы управлять соотношением усилий на педалях и каденса более гибко, в зависимости от внешних обстоятельств и внутреннего состояния. Чуть поясню. У меня нет цели выдавать максимальную мощность при катании «для себя». Но одну и ту же «крейсерскую» мощность можно выдавать по-разному. Можно чаще крутить педали, но меньше давить на них, или наоборот крутить реже, но с силовым педалированием.
Расход мощности. Здесь желательно сразу несколько показателей. Для начала хотя бы четыре: расход мощности на сопротивление шины-дорога, на аэродинамическое сопротивление, тряска и расход мощности в горку (или наоборот, тяга с горки). Плюс, еще параметры, от которых зависит расход мощности, да и движение в целом. Подъем уже указан отдельно, поэтому нужно еще добавить коэфф. трения качения и суммарное аэродинамическое сопротивление (то есть площадь лобового сопротивления умножить на коэфф. обтекания). Подробнее обо всех этих коэффициентах здесь, в калькуляторе, который показывает, как при установившемся движении мощность на педалях однозначно связана через эти параметры со скоростью движения.
Астрономическое время (обычные часики). Как указывал уже, пожалуй это необходимо, в поездке может требоваться часто.
Таким образом, просто для того, чтобы лучше распределять силы и время мне хотелось бы постоянно иметь перед глазами 13 показателей! Причем, конечно по цене гораздо меньшей чем сам велосипед, точнее даже меньше, чем цена бюджетного смартфона (цена моего смартфона 6 тыс.руб., примерно 100$). К тому же хорошо сразу учесть, что захочется принципиально большего, чтобы на основании этих показателей компьютер еще выдавал своевременные рекомендации. Знаю, что многие распределяют силы по зонам пульса, поэтому хоть этим и не пользуюсь, но показания пульса (с индикацией зон) тоже желательно иметь перед глазами. Но, так как это довольно хорошо прокопано в интернете, оставлю рассуждение о пульсометре за рамками заметки.
Теперь рассмотрим, какие из приведенных показателей и так широко используются, какие легко подключить, какие не легко, но можно, а какие пока не используются.
Мне нравится современная тенденция, когда беспроводные датчики используют стандартные протоколы, поэтому данные могут быть использованы сразу несколькими устройствами, причем от разных производителей. То есть, датчик скорости и каденса, который уже есть на моем велосипеде может быть использован и в этом гипотетическом новом велокомпьютере сразу. Датчик угла (точнее измерение углов наклона в трех измерениях) есть в смартфоне, его можно протестировать программой «уровень». Так как «идеальный велокомп», предполагаю будет на основе смартфона, то думаю, что датчик угла не проблема. Так же как и датчик ускорения (другие названия акселерометр, g-сенсор), который можно использовать для измерения тряски (а может быть и для контроля ускорений в движении и даже для дополнительного вычисления массы, с этим датчиком нужно еще разобраться). Кстати, в процессор смартфона встроен и GPS, но пока он для этого «пакета» показателей не нужен. Датчик пульса и часы тоже не проблема. То есть, все это уже есть, мудрить не нужно.
Теперь переходим к тому, чего в нынешних велокомпах и смартфонах нет.
Мощность, вырабатываемая ногами. Сейчас на рынке есть 4-е типа датчиков. Во втулке заднего колеса, в больших звездах, в шатунах и в педалях. Насколько понимаю, они улавливают малейшие изгибы деталей трансмиссии под усилием при помощи пьезокерамики и согласно предварительной градуировки переводят в показатели усилий. Как уже упоминал, датчики такие дороги (по сравнению со стоимостью приличного велосипеда), типичный диапазон цен — 600-1300 евро. Кроме того, датчики приходится встраивать в конструкцию трансмиссии. Например датчик на шатун «намертво» приклеивается к внутренней поверхности шатуна. Поэтому это не очень похоже на велокомп, который можно поставить или переставить на другой велосипед за считанные минуты. Быстрее всего дешевеют датчики на шатуны. Когда они еще упадут в цене раз в пять, ситуация может измениться, но пока думаю, непосредственное измерение мощности нужно оставить за рамками заметки.
Флюгер. Измерение напора воздуха делается устройством под названием анемометр. Таких карманных, портативных устройств довольно много, поскольку есть увлечения, например параплан, где информация о ветре гораздо важнее, чем в велоспорте. В принципе для упомянутых выше расчетов достаточно измерять только скорость встречного потока, поэтому такого прибора будет достаточно. Но мне хотелось бы видеть и направление ветра, причем относительно движения на велосипеде. Готового такого решения для парапланерного спорта, как ни странно не нашел. В метеостанциях направление ветра обычно определяется дополнительным датчиком. В нашем случае задача, по-моему упрощается, поскольку основной режим измерения потока происходит с движущегося объекта, причем с известной скоростью, и причем с довольно приличной скоростью для типичных значений скорости ветра. Думаю, что вполне достаточной использовать ту же схему XY, которая применяется для стереозаписи звука (например в этой заметке). Идея состоит в том, что нужно два «направленных» микрофона, расположенных рядом, примерно под прямым углом друг к другу. Это дает возможность «запеленговать» источник звука.
Думаю, что и направление ветра вполне возможно найти при помощи двух сенсоров, расположенный на гранях фигуры типа треугольная призма, укрепленной внизу рулевого стакана, где нет риска случайно перекрыть его при смене позы. Датчик, разумеется нужно делать беспроводной и с защитой от дождя. Сами сенсоры конечно не обязательно выбирать на основе вентиляторов, т.к. напор воздуха будет достаточно большим. Поэтому скорее всего можно обойтись измерением давления на основе мембраны (как в микрофонах). Градуировать датчик напора воздуха можно и нужно на ходу, по датчику скорости, используя некоторые допущения (для анализа этих допущений уже наконец-то нужен компьютер).
Пример такого датчика для велосипеда есть, правда только в направлении «встречный поток воздуха». Это прибор для измерения мощности педалирования PowerPod. Буду его еще рассматривать более подробно, поскольку пожалуй, можно считать его прототипом «идеального велокомпа». А может и больше 🙂 .Тот же производитель несколько лет производит прибор iBike Newton+ (так он называется сейчас, раньше было несколько других названий), который позиционируется как «непрямой» измеритель мощности. Устроен он примерно так же как PowerPod, но с дисплеем. Отзывы в сети крайне противоречивые, а стоимость высока, сопоставима с «прямыми» измерителями мощности. Насколько можно понять из сети, в прибор вводятся параметры велосипедиста и велосипеда (снаряженная масса, сцепление с дорогой, аэросопротивление), а датчик угла и ветра градуируется. Тем не менее, может быть уже все сделано, но мне этого просто не понятно 🙂 Но отмечу сразу принципиальные отличия идеи «идеального велокомпа». Это ни в коем случае не позиционирование как измеритель мощности. Мощность только оценивается, «для сведения». Параметры велосипедиста и велосипеда все время корректируются, поскольку они точно не могут быть известны, даже снаряженная масса может по ходу поездки изменяться. Эти параметры, как и мощность тоже только «для сведения». Но стоимость «идеального велокомпа» должна как у велокомпа, а не как у измерителя мощности, иначе какой смысл?
Главная мысль темы «Идеальный велокомп и мощность» состоит в том, что непосредственно измерять мощность не обязательно. В общем-то, мощность можно примерно вычислить. А имея хороший, «настоящий» компьютер на борту можно постоянно иметь перед глазами и примерную вырабатываемую мощность и то, как эта мощность расходуется, и показатели сцепления с дорогой и аэродинамического сопротивления. В принципе, ничего нового в этой мысли нет. Так сказать «косвенное» определение мощности предлагается давно и самыми различными способами (ниже остановлюсь на этом более подробно). Но тем не менее, пока дешевого и, хочется все-таки сказать, работающего решения не встречал.
Разумеется, непосредственное измерение мощности, передаваемой ногами в трансмиссию это точный (и «на сегодня» дорогостоящий) метод. При профессиональном подходе его и не нужно отбрасывать. Но в этой заметке я хочу порассуждать о бюджетном велосипедном компьютере «нового поколения». При этом требования к показаниям мощности могут быть гораздо ниже, данные могут носить оценочный характер, просто для оптимизации усилий.
Приведу пример из форума. Спортсмен любитель Олег Париков пару лет назад готовился к любительской гонке с раздельным стартом. У него было два комплекта колес одного уровня, но ему хотелось выбрать те, которые катят быстрее.
Вчера решил достать пылящиеся ZIPP и реабилитировать их хотя бы в своих глазах…
Обул их в Conti Supersonik 20мм. с камерами соответственно supersonik. И поехал тестировать в Лужу.
Две засечки по 20 минут в движении. Трасса одинаковая. Ветровая обстановка тоже. Главное условие — в обоих заездах еду в одинаковой пульсовой зоне. Для себя определил от 143-150.
Выход за верхнюю границу — означал сбавить обороты.
Так вот при равных условиях на 20 минутах Zippы привезли Eurusaм 600!!! метров.
Конечно, если бы велосипед был оборудован измерителем мощности, то пульсометром можно было бы и не пользоваться. Можно было бы следить за выдаваемой на педалях мощностью, держать ее одинаковой и фиксировать скорость, которая при этом получается. Такие примеры тоже есть, ниже приведено более подробное описание заметки, в которой разобрано как из таких измерений можно определить объективный параметр катимости колеса — коэффициент трения качения.
Теперь, возвращаясь к основной мысли (идеальный велокомп и мощность) рассмотрим, можно ли было выбрать лучший из двух комплектов колес, не используя показания пульсометра или измерителя мощности. Конечно можно! Смешно, но даже велокомп не нужен 🙂 Просто надо ехать не по кругу, а с горки, желательно такого уклона и длины, чтобы без кручения педалей выйти на постоянную скорость. Лучшими будут те колеса, на которых при равной аэродинамике и весе скорость будет больше. Таким способом любитель Франк Берто «открыл», что на реальной дороге не нужно накачивать шины до максимально возможного предела (подробнее в этой заметке).
Сразу отмечу принцип, который хочу максимально использовать в концепции идеального велокомпа. В процессе движения на велосипеде часто есть случаи, когда мощность педалирования точно известна, потому что равна нулю. При этом велосипедист может двигаться в различных ситуациях: с горки, в горку, по прямой, в группе, но педали не крутит. Пусть это происходит на короткое время и об установившейся скорости движения говорить не приходится. Но для этого и должен быть задействован именно компьютер, который из изменений скорости при движении по инерции может извлечь ту же информацию, что и при движении с установившейся скоростью.
Теперь вернусь к тесту по выбору колес, имея гипотетический идеальный велокомп. Горка не нужна, ее могут заменить вычисления. Нужно просто выйти на желаемую скорость и потом «бросить педали». Движение начнет замедляться. Замедление зависит от аэродинамического сопротивления и сопротивления дороги. Так как аэродинамическое сопротивление в тесте совпадает, то остается только катимость колес, что и покажет идеальный велокомп, причем в объективной цифре: коэффициент трения качения. Отмечу, что при тестировании даже не нужно выходить на одинаковую скорость на входе такого отрезка движения по инерции. Компьютеру одинаковая скорость на входе просто не нужна. Да и совпадение аэродинамического сопротивления в общем-то тоже не обязательно 🙂 Такие совпадения нужны, если нет возможности подключить вычислительные мощности, поэтому и приходится обеспечивать такие условия, когда разницу можно измерить непосредственно.
Как ни странно, в области определения затраченной человеком энергии без непосредственного измерения мощности уже довольно много сделано.
Остановлюсь на двух подходах.
Первый подход это подсчет сожженных калорий. У меня часто складывается впечатление, что цель занятия любым «фитнесом» это определить сколько калорий сожжено. Затем немедленно перевести это количество в чашечки кофе, банки пива, бутерброды с ветчиной, и с прекрасным чувством выполненного долга восполнить калории. Считается, что наиболее точно определить количество сожженных калорий из показаний пульса.
Здесь ссылка на статью DC RainMaker «How calorie measurement works on Garmin fitness devices» (на английском). Статья составлена на основе беседы с инженерами Гармин. Краткий вывод примерно такой. Если устройство Гармин сопряжено с датчиком пульса, то измерение сожженных калорий идет по показаниям пульса (причем в алгоритмах довольно много научных и практических данных). Это относится и к устройствам Гармин для занятий велосипедом. Но если датчик пульса не подключен, то расчет сожженных калорий при катании на велосипеде идет из физического рассмотрения перемещения груза (велосипедист плюс велосипед) по горизонтали и вертикали (то есть с учетом горок). Затем эти показатели в «джоулях» пересчитываются в те самые «пищевые» калории с учетом КПД энергетического использования пищи человеком. (Кстати КПД этот в зависимости от источников составляет 21-26%, поэтому даже если славно побегал, то на компенсацию затрат пойдет только четверть бутерброда, а остальные 3/4 в какие места на теле? 🙂 )
Мой навигатор Гармин (подробнее здесь: «Велосипедный навигатор Garmin Edge Touring«) принципиально не имеет возможности подключения пульсометра, поэтому калории, которые он выдает в описании каждого прошедшего заезда можно перевести в джоули и, поделив на время в пути, узнать среднюю мощности на педалях. В принципе, наверное, можно это и на лету делать, определяя текущую мощность по мнению алгоритма Гармин. Честно говоря, «разложить» по полочкам этот алгоритм у меня не получилось. Пытался проанализировать несколько различных заездов на расстояние от 60 до 150 км, но систему подсчета калорий дешифровать не удалось. Но это и не важно в данном случае, поскольку такие попытки в сети есть, и общий вывод такой, что алгоритм Гармин не совпадает с данными от измерителей мощности на педалях. Но здесь я хочу указать, что сам подход независимой оценки затрат энергии при движении есть давно и уже «вставлен» в велокомпьютеры. Судя по всему там довольно много науки, поэтому думаю при некоторых корректировках его можно «проградуировать» и использовать.
Второй подход — это непосредственный подсчет затрачиваемой мощности из характеристик движения. Так делается, например в приложении «Страва» с учетом некоторых допущений, например считается, что нет ветра, а параметры потерь на трение и аэросопротивление берутся «средние по больнице». Подробнее здесь, на английском: How Strava measures Power.
Сформулирую еще раз общий принцип. Движение на велосипеде жестко описывается несложными физическими уравнениями. Мощность, вырабатываемая на педалях жестко приводит к перемещению груза в пространстве. Именно жестко, не как пульс, который может подскочить уже перед стартом. Причем действительно «пищевые калории» начали сжигаться. Еще не стартовал, но чашечку кофе уже заслужил 🙂 Перечислю связанные уравнениями параметры. Это снаряженная масса (велосипедист, велосипед, фляги с водой, инструменты), мощность на педалях (умножить на КПД трансмиссии), проценты подъема (или спуска), коэффициент трения качения, тряска по плохой дороге, площадь лобового сопротивления, коэффициент аэродинамического обтекания, скорость встречного ветра и скорость велосипеда. Если все эти параметры известны, то решать уравнения и не нужно. Если не известен какой-нибудь один параметр, то его можно точно вычислить. В нашем случае не известны сразу несколько параметров, а некоторые могут слегка изменяться в процессе. Поэтому в целом в сети преобладает скептический настрой по возможности «распутывания» параметров без дополнительных датчиков мощности. Действительно, распутать параметры не просто. Тем не менее, в заметках, ссылки на которые приведены ниже по тексту и в соображениях выше по тексту показано, что при движении на велосипеде часто возникают случае резкого преобладания одного из параметров. Поэтому при обрабатывании данных «руками» в спокойной обстановке параметры можно «расшить». А если это можно сделать в спокойной обстановке, значит, если перенести вычисления в мощный комп на борту, это можно делать и «на ходу».
Остановлюсь на таких вычислениях «в спокойной обстановке», сделанных ранее на этом сайте.
На что тратятся силы при движении велосипеда. — здесь разобрано как расходуется вырабатываемая на педалях мощность при установившемся движении, с учетом сопротивления шины-дорога, аэродинамическое сопротивление, включая ветер и горки.
Калькулятор расчета мощности от скорости — здесь можно «пощупать» цифры, ввести желаемую скорость и параметры, влияющие на движение и вычислить какая для этого нужна мощность.
Определение параметров катимости велосипеда из измерений мощности — здесь на основе опубликованных в сети данных по выходу на постоянную скорость при различной мощности показано как можно довольно точно определить неизвестные параметры по сопротивлению шины-дорога и аэродинамическому сопротивлению. Дело в том, что на низких скоростях преобладает вклад одного параметра, а на высоких другого. Поэтому они неплохо подбираются. В заметке подобрал «руками», но это можно и автоматизировать. Найденный коэфф. трения качения отлично совпал с независимыми источниками, подробнее здесь: Как скорость зависит от катимости покрышек.
Найнер, насколько быстрее — в этой заметке обработал реально измеренную скорость на трассе для МТБ-марафона на велосипеде с диаметром колес 26 дюймов. Перевел данные в мощность. Определил сопротивление движению на тропинках с различным покрытием. Для этого использовались частные случаи, когда мощность была известна точно. А именно равна нулю на спусках, когда педали не крутил. При помощи таких случаев и некоторых допущений удалось «развязать» параметры, влияющие на катимость и аэродинамику. Затем был сделан «обратный» расчет скорости от выдаваемой мощности для гипотетического точно такого же велосипеда, но с колесами 29 дюймов. Для этого использовались громоздкие, но автоматические (т.е. не численным методом) расчеты, в частности решение кубического уравнения с отбрасыванием двух «неправильных» корней.
Калькулятор: найнер, прибавка к скорости — здесь реализован обратный расчет скорости движения от выдаваемой мощности и остальных параметров, правда без учета ветра.
Таким образом, имея хорошую вычислительную систему на борту, можно работать примерно так.
Определять отрезки с установившемся движением (с постоянной скоростью при постоянном уклоне, силе ветра и состоянии дороги). Далее определять мощность на педалях, с неизбежным одновременным определением параметров по сопротивлению шины-дорога и аэродинамике. Неизвестные параметры берутся для начала «средние по больнице» или из расчетов предыдущих заездов, а потом на ходу корректируются.
Извлекать информацию из крайних случаев. На небольшой скорости при движении в гору — аэродинамика не дает существенного вклада, значит можно измерить сопротивление шины-дорога. Большая скорость — наоборот. И самое важное: как только датчик каденса дает информацию, что педали не крутятся, значит мощность известна и равна нулю. Все это нужно использовать для постоянной градуировки параметров.
Учитывать инерцию, то есть обрабатывать случаи, когда скорость не установилась.
Дополнительно учитывать расход мощности на тряску из датчика ускорения. Вполне возможно, что отсюда же можно брать корректировку снаряженной массы.
Интересно отметить, что упомянутый прибор PowerPod доводит собираемые данные от датчика скорости и напора встречного потока воздуха до показаний мощности в ваттах. Причем довольно точно. Правда, почему-то стоимость его довольно высока, может быть пока. Здесь обзор от DC RainMaker (на английском). Интересно, что первые пять минут поездки идут на градуировку потока, а затем выдаваемая мощность хорошо совпадает с измеренной традиционными датчиками в трансмиссии. Отмечено правда, что мощность получается чуть завышена и сильно не совпадает на брусчатке. Судя по тому, что датчик каденса не обязателен, случаи «мощность известна и равна нулю» не обрабатываются. Вес, необходимый в расчетах по всей видимости берется из профиля пользователя в Гармине. Вообще-то из имеющихся в сети данных мне сложно сделать выводы о ноу-хау этого подхода. Официальный сайт производителя мало что объясняет (правильнее все-таки сказать: ничего не объясняет, как и про упомянутый выше прибор iBike Newton), а сразу отправляет к обзору DC RainMaker.
Пофантазирую теперь, как это все можно реализовать. Для пилотного варианта достаточно только сделать беспроводной датчик встречного напора воздуха и направления ветра. Датчики скорости и каденса например на моем велосипеде уже есть, а остальные рассмотренные датчики и компьютер есть в бюджетном смартфоне (например, в моем точно есть). Поэтому можно сразу писать приложение для смартфона. Следующий вариант нужно все-таки делать на отдельном устройстве, поскольку у моего бюджетного смартфона есть три недостатка: экран, который потребляет много энергии, плохая защищенность от дождя и хрупкость. Кроме этого датчики наклона и ускорения должны передавать информацию от велосипеда, а не от смартфона в кармане. Конечно это не единственные сложности, от фантазии до пилотного варианта — огромный путь. Подчеркну еще раз, что создатели наиболее близкого решения iBike Newton улучшают его более 10-и лет. Но сейчас все происходит быстрее 🙂
Компьютеру можно иногда сильно облегчить задачу, если выбрать «сценарий». Например, при катании на МТБ в лесу (подобная трасса с «лыжными петлями» описана здесь). В лесу ветра нет, поэтому датчик ветра не нужен, а ветер не нужно учитывать в расчетах. Далее, по лыжным петлям идет чередование подъемов вверх, когда вклад аэродинамики мал, и спусков вниз, когда педали не крутишь. Если сделать единственное допущение: сопротивление шины-трасса на подъеме и спуске одинаковы, то далее параметры «расшиваются» очень хорошо и легко. Единственное, нужно встать на весы с велосипедом и перед поездкой нажать на кнопку «лес». Тогда при движении сразу будут адекватные показатели выдаваемой ногами мощности, коэффициент трения качения (можно при желании хорошо подобрать оптимальное давление в шинах именно для этой трассы) и аэродинамическое сопротивление на спусках (можно при желании наконец понять, играет ли оно какую-то роль в МТБ 🙂 ). А датчик ветра при этом можно на МТБ с шоссейника вообще не переставлять 🙂
Наконец, пара мыслей о развитии. Во первых, использование GPS. Можно его использовать для дополнительной градуировки, но это скорее относится к не к развитию, а к реализации того, что изложено выше.
Интересно, чтобы велокомп при помощи GPS запоминал дистанцию, причем делил ее на отрезки с постоянными условиями (уклон, состояние дороги). Тогда при следующей поездке по той же дистанции компьютер сможет не только более точно определять параметры, но и выдавать рекомендации. Например: «У тебя достаточно инерции, чтобы влететь до половины этой горочки. А сейчас у тебя достаточно мощности, чтобы докрутить еще на треть. Внимание, начинай крутить с мощностью 300 ватт. Теперь вставай и крути стоя, скоро будет спуск, восстановишься». Рекомендации конечно индивидуальные и основаны на уже имеющихся данных. Например, «что-то сегодня колеса плохо катят, может быть проверить давление в шинах?» 🙂
Следующий шаг: идеальный велокомп сможет также анализировать и новую дистанцию, если закачать трек. Профиль высот можно считать известным, подробнее в этой заметке. Поэтому новая дистанция может быть также поделена на отрезки, для каждого из которых велокомп может составить рекомендации в соответствии с текущим стилем езды.
На этом, пожалуй, стоит остановиться, иначе можно дойти до того, что самое приятное в жизни — вкручивание на велосипеде с неспешной беседой с интеллектом велокомпа 🙂
Изобретаем велосипед В этом разделе хочу поделиться мыслями о дальнейшем развитии велосипеда. Что-то уже есть в виде промышленных наработок, что-то пока только в виде фантазий. В этом…
Почему холмы снижают среднюю скорость Средняя скорость довольна капризна. Ее легко понизить, но сложно повысить. Если на пути холм, то он "откусывает" от средней скорости всегда, помимо того, что изматывает. …
Найнер, насколько быстрее Катаюсь в лесу на бюджетном байке с колесами 26 дюймов. Насколько быстрее можно ехать на байке с колесами 29 дюймов? В целом споры в интернете…
Оптимальный каденс. Да или нет? Каденс - количество оборотов педалей в минуту. Считается, если можешь выдавать высокий каденс, то едешь быстрее. Но какой ценой? Когда несколько лет назад начал заново…
Обычный, можно сказать самый примитивный велокомп постоянно показывает две цифры. Скорость показывается всегда, а «вторая цифра» на выбор, например пройденное расстояние или средняя скорость (на фото показано «время в пути»). Двух цифр мне на бреветах не хватало. В качестве основного показателя было необходимо знать пройденное расстояние, чтобы не проскочить указанные в легенде повороты. А еще когда мы ехали в паре нужно было видеть обычное время, поскольку мы ехали сменами по 5 минут. Поэтому пришлось укрепить на околорулевую сумку наручные часы. 
Велокомп на следующий велосипед купил с тремя показателями, две цифры как обычно плюс показ времени. Но увы, пользоваться им оказалось очень не удобно, к тому же беспроводное соединение сильно сбоило. 
Сейчас используем бюджетные компьютеры с датчиком скорости и каденса по протоколу ANT+, надежностью передачи данных доволен. 
Велокомп показывает по умолчанию те же две цифры (использую скорость и каденс), в принципе может показывать третью цифру, но только пульс. Датчика пульса у меня нет, пока не «созрел». 
На бреветы ставлю еще навигатор Гармин, который помимо карты может показывает внизу карты еще две цифры на выбор. Всего четыре цифровых показателя перед глазами. В принципе Гармин можно настроить на показ многих показателей вместо карты, да и вообще в сети часто можно встретить мнение, что имея GPS, обычный велокомп, который берет данные с «магнитиков», не нужен. Оставлю это за рамками этой заметки, скажу только, что не согласен с тем, что GPS может заменить измерение расстояния «курвиметром» колеса.
Текущая скорость. Да, пожалуй основной показатель любого велокомпа. Нужна.
Но удобно использовать эти данные при силовом педалировании, например в гору, чтобы не залезать надолго в «красную зону», когда каденс меньше 60-и. В зону слишком большого каденса тоже можно как ни странно залезть незаметно. А еще иногда хочется покрутить 100+ для отработки навыка. В общем, на показания каденса смотрю часто и отказываться не хотелось бы 🙂
Подъем (или спуск), желательно в процентах, как указано на дорожных знаках. Велосипед иногда катит, а иногда «не катит». Интересно знать, может быть дело просто в небольшом спуске или подъеме. Рельеф иногда выглядит обманчиво. Да и вообще, показатель подъема позволил бы лучше управлять расходом сил.
Направление и сила ветра (флюгер). Ветер очень сильно влияет на поездку. Показание прибора перед глазами дало бы возможность лучше распределять силы (отдыхать, когда ветер в спину, а не радоваться, что сегодня в необычно хорошей форме и вламывать, уж если так здорово катится). Да и лучше представлял бы, что ждет за поворотом. Таким образом, хотелось бы два параметра: скорость ветра навстречу, которая непосредственно влияет на усилия и направление ветра, но не по «сторонам света», а относительно движения велосипеда.
Мощность, вырабатываемая ногами. Здесь затрагивается отдельно огромный раздел специальных устройств по измерению мощности. Общее для всех этих устройств — довольно приличная цена (которая, правда, снижается) и спортивная направленность. Я бы не отказался от показаний мощности и без спортивной направленности, поскольку хотел бы управлять соотношением усилий на педалях и каденса более гибко, в зависимости от внешних обстоятельств и внутреннего состояния. Чуть поясню. У меня нет цели выдавать максимальную мощность при катании «для себя». Но одну и ту же «крейсерскую» мощность можно выдавать по-разному. Можно чаще крутить педали, но меньше давить на них, или наоборот крутить реже, но с силовым педалированием.
Расход мощности. Здесь желательно сразу несколько показателей. Для начала хотя бы четыре: расход мощности на сопротивление шины-дорога, на аэродинамическое сопротивление, тряска и расход мощности в горку (или наоборот, тяга с горки). Плюс, еще параметры, от которых зависит расход мощности, да и движение в целом. Подъем уже указан отдельно, поэтому нужно еще добавить 
коэфф. трения качения и суммарное аэродинамическое сопротивление (то есть площадь лобового сопротивления умножить на коэфф. обтекания). Подробнее обо всех этих коэффициентах здесь, в калькуляторе, который показывает, как при установившемся движении мощность на педалях однозначно связана через эти параметры со скоростью движения.
Астрономическое время (обычные часики). Как указывал уже, пожалуй это необходимо, в поездке может требоваться часто.
Причем, конечно по цене гораздо меньшей чем сам велосипед, точнее даже меньше, чем цена бюджетного смартфона (цена моего смартфона 6 тыс.руб., примерно 100$). К тому же хорошо сразу учесть, что захочется принципиально большего, чтобы на основании этих показателей компьютер еще выдавал своевременные рекомендации. Знаю, что многие распределяют силы по зонам пульса, поэтому хоть этим и не пользуюсь, но показания пульса (с индикацией зон) тоже желательно иметь перед глазами. Но, так как это довольно хорошо прокопано в интернете, оставлю рассуждение о пульсометре за рамками заметки.
То есть, датчик скорости и каденса, который уже есть на моем велосипеде может быть использован и в этом гипотетическом новом велокомпьютере сразу. 
Датчик угла (точнее измерение углов наклона в трех измерениях) есть в смартфоне, его можно протестировать программой «уровень». Так как «идеальный велокомп», предполагаю будет на основе смартфона, то думаю, что датчик угла не проблема. 
Так же как и датчик ускорения (другие названия акселерометр, g-сенсор), который можно использовать для измерения тряски (а может быть и для контроля ускорений в движении и даже для дополнительного вычисления массы, с этим датчиком нужно еще разобраться). Кстати, в процессор смартфона встроен и GPS, но пока он для этого «пакета» показателей не нужен. Датчик пульса и часы тоже не проблема. То есть, все это уже есть, мудрить не нужно.
Например датчик на шатун «намертво» приклеивается к внутренней поверхности шатуна. Поэтому это не очень похоже на велокомп, который можно поставить или переставить на другой велосипед за считанные минуты. Быстрее всего дешевеют датчики на шатуны. Когда они еще упадут в цене раз в пять, ситуация может измениться, но пока думаю, непосредственное измерение мощности нужно оставить за рамками заметки.
Флюгер. Измерение напора воздуха делается устройством под названием анемометр. Таких карманных, портативных устройств довольно много, поскольку есть увлечения, например параплан, где информация о ветре гораздо важнее, чем в велоспорте. В принципе для упомянутых выше расчетов достаточно измерять только скорость встречного потока, поэтому такого прибора будет достаточно. Но мне хотелось бы видеть и направление ветра, причем относительно движения на велосипеде. Готового такого решения для парапланерного спорта, как ни странно не нашел. В метеостанциях направление ветра обычно определяется дополнительным датчиком. В нашем случае задача, по-моему упрощается, поскольку основной режим измерения потока происходит с движущегося объекта, причем с известной скоростью, и причем с довольно приличной скоростью для типичных значений скорости ветра. Думаю, что вполне достаточной использовать ту же схему XY, которая применяется для стереозаписи звука (например в этой заметке). 
Идея состоит в том, что нужно два «направленных» микрофона, расположенных рядом, примерно под прямым углом друг к другу. Это дает возможность «запеленговать» источник звука.
Пример такого датчика для велосипеда есть, правда только в направлении «встречный поток воздуха». Это прибор для измерения мощности педалирования PowerPod. Буду его еще рассматривать более подробно, поскольку пожалуй, можно считать его прототипом «идеального велокомпа». А может и больше 🙂 . 
Тот же производитель несколько лет производит прибор iBike Newton+ (так он называется сейчас, раньше было несколько других названий), который позиционируется как «непрямой» измеритель мощности. Устроен он примерно так же как PowerPod, но с дисплеем. Отзывы в сети крайне противоречивые, а стоимость высока, сопоставима с «прямыми» измерителями мощности. Насколько можно понять из сети, в прибор вводятся параметры велосипедиста и велосипеда (снаряженная масса, сцепление с дорогой, аэросопротивление), а датчик угла и ветра градуируется. Тем не менее, может быть уже все сделано, но мне этого просто не понятно 🙂 Но отмечу сразу принципиальные отличия идеи «идеального велокомпа». Это ни в коем случае не позиционирование как измеритель мощности. Мощность только оценивается, «для сведения». Параметры велосипедиста и велосипеда все время корректируются, поскольку они точно не могут быть известны, даже снаряженная масса может по ходу поездки изменяться. Эти параметры, как и мощность тоже только «для сведения». Но стоимость «идеального велокомпа» должна как у велокомпа, а не как у измерителя мощности, иначе какой смысл?
Разумеется, непосредственное измерение мощности, передаваемой ногами в трансмиссию это точный (и «на сегодня» дорогостоящий) метод. При профессиональном подходе его и не нужно отбрасывать. Но в этой заметке я хочу порассуждать о бюджетном велосипедном компьютере «нового поколения». При этом требования к показаниям мощности могут быть гораздо ниже, данные могут носить оценочный характер, просто для оптимизации усилий.
Просто надо ехать не по кругу, а с горки, желательно такого уклона и длины, чтобы без кручения педалей выйти на постоянную скорость. Лучшими будут те колеса, на которых при равной аэродинамике и весе скорость будет больше. Таким способом любитель Франк Берто «открыл», что на реальной дороге не нужно накачивать шины до максимально возможного предела (подробнее в этой заметке).
При этом велосипедист может двигаться в различных ситуациях: с горки, в горку, по прямой, в группе, но педали не крутит. Пусть это происходит на короткое время и об установившейся скорости движения говорить не приходится. Но для этого и должен быть задействован именно компьютер, который из изменений скорости при движении по инерции может извлечь ту же информацию, что и при движении с установившейся скоростью.
Считается, что наиболее точно определить количество сожженных калорий из показаний пульса.
В принципе, наверное, можно это и на лету делать, определяя текущую мощность по мнению алгоритма Гармин. Честно говоря, «разложить» по полочкам этот алгоритм у меня не получилось. Пытался проанализировать несколько различных заездов на расстояние от 60 до 150 км, но систему подсчета калорий дешифровать не удалось. Но это и не важно в данном случае, поскольку такие попытки в сети есть, и общий вывод такой, что алгоритм Гармин не совпадает с данными от измерителей мощности на педалях. Но здесь я хочу указать, что сам подход независимой оценки затрат энергии при движении есть давно и уже «вставлен» в велокомпьютеры. Судя по всему там довольно много науки, поэтому думаю при некоторых корректировках его можно «проградуировать» и использовать.
с учетом некоторых допущений, например считается, что нет ветра, а параметры потерь на трение и аэросопротивление берутся «средние по больнице». Подробнее здесь, на английском: How Strava measures Power.
На что тратятся силы при движении велосипеда. — здесь разобрано как расходуется вырабатываемая на педалях мощность при установившемся движении, с учетом сопротивления шины-дорога, аэродинамическое сопротивление, включая ветер и горки.
Калькулятор расчета мощности от скорости — здесь можно «пощупать» цифры, ввести желаемую скорость и параметры, влияющие на движение и вычислить какая для этого нужна мощность.
Определение параметров катимости велосипеда из измерений мощности — здесь на основе опубликованных в сети данных по выходу на постоянную скорость при различной мощности показано как можно довольно точно определить неизвестные параметры по сопротивлению шины-дорога и аэродинамическому сопротивлению. Дело в том, что на низких скоростях преобладает вклад одного параметра, а на высоких другого. Поэтому они неплохо подбираются. В заметке подобрал «руками», но это можно и автоматизировать. Найденный коэфф. трения качения отлично совпал с независимыми источниками, подробнее здесь: Как скорость зависит от катимости покрышек.
— в этой заметке обработал реально измеренную скорость на трассе для МТБ-марафона на велосипеде с диаметром колес 26 дюймов. Перевел данные в мощность. Определил сопротивление движению на тропинках с различным покрытием. Для этого использовались частные случаи, когда мощность была известна точно. А именно равна нулю на спусках, когда педали не крутил. При помощи таких случаев и некоторых допущений удалось «развязать» параметры, влияющие на катимость и аэродинамику. Затем был сделан «обратный» расчет скорости от выдаваемой мощности для гипотетического точно такого же велосипеда, но с колесами 29 дюймов. Для этого использовались громоздкие, но автоматические (т.е. не численным методом) расчеты, в частности решение кубического уравнения с отбрасыванием двух «неправильных» корней.
Калькулятор: найнер, прибавка к скорости — здесь реализован обратный расчет скорости движения от выдаваемой мощности и остальных параметров, правда без учета ветра.
Почему холмы снижают среднюю скорость — здесь рассмотрено, как можно учитывать инерцию, ранее расчеты были для установившегося движения.
Интересно отметить, что упомянутый прибор PowerPod доводит собираемые данные от датчика скорости и напора встречного потока воздуха до показаний мощности в ваттах. Причем довольно точно. Правда, почему-то стоимость его довольно высока, может быть пока. Здесь обзор от DC RainMaker (на английском). Интересно, что первые пять минут поездки идут на градуировку потока, а затем выдаваемая мощность хорошо совпадает с измеренной традиционными датчиками в трансмиссии. Отмечено правда, что мощность получается чуть завышена и сильно не совпадает на брусчатке. Судя по тому, что датчик каденса не обязателен, случаи «мощность известна и равна нулю» не обрабатываются. Вес, необходимый в расчетах по всей видимости берется из профиля пользователя в Гармине. Вообще-то из имеющихся в сети данных мне сложно сделать выводы о ноу-хау этого подхода. Официальный сайт производителя мало что объясняет (правильнее все-таки сказать: ничего не объясняет, как и про упомянутый выше прибор iBike Newton), а сразу отправляет к обзору DC RainMaker.
Следующий вариант нужно все-таки делать на отдельном устройстве, поскольку у моего бюджетного смартфона есть три недостатка: экран, который потребляет много энергии, плохая защищенность от дождя и хрупкость. Кроме этого датчики наклона и ускорения должны передавать информацию от велосипеда, а не от смартфона в кармане. Конечно это не единственные сложности, от фантазии до пилотного варианта — огромный путь. Подчеркну еще раз, что создатели наиболее близкого решения iBike Newton улучшают его более 10-и лет. Но сейчас все происходит быстрее 🙂
Следующий шаг: идеальный велокомп сможет также анализировать и новую дистанцию, если закачать трек. Профиль высот можно считать известным, подробнее в этой заметке. Поэтому новая дистанция может быть также поделена на отрезки, для каждого из которых велокомп может составить рекомендации в соответствии с текущим стилем езды.
