Analisi di fasi dati ad alta velocità

Un po 'di tempo fa hanno aggiunto le tappe una nuova funzionalità per il loro misuratore di potenza :

Registrazione dati ad alta velocità aggiunta per acquisire forza di pedalata (kgf) e coppia (Nm) 64 volte al secondo per analisi post-corsa (formato .csv).

Ho catturato parte di un breve giro con questo, che ha prodotto dati come questo:

Timestamp, kgf, Nm
"2014-06-26 19:21:25.025",,
46441, 7.3, 12.2
46473, 7.5, 12.6
46505, 7.9, 13.1
46537, -1.7, -2.8
46569, -2.2, -3.7
46601, -3.5, -5.8
46633, -4.0, -6.7
46665, -4.1, -6.8
46697, -4.2, -7.0
46729, -5.6, -9.3
46761, -6.1, -10.2
46793, -6.8, -11.4
46825, -7.1, -11.8
46857, -4.8, -8.0
46889, -1.1, -1.9
46921, -6.4, -10.7
46953, -10.7, -17.9
46985, -9.0, -15.1
47017, -5.7, -9.4
47049, -6.7, -11.2
47081, -6.8, -11.4
47113, -6.8, -11.4
47145, -7.3, -12.1

( il file completo , catturato con il firmware v2.051)

Potrei sbagliarmi, ma i dati mi sembrano inutili o rotti:

• la colonna kgf è quasi esattamente uguale alla Nm moltiplicata per 0.6, quindi entrambi misurano solo la coppia, non la velocità del pedale .. quindi non è possibile ricalcolare la potenza ..?
• Non c'è un modo ovvio per dire l'angolo del pedale .. quindi non puoi visualizzare in modo affidabile la coppia durante la corsa del pedale ..?

C'è qualche analisi interessante che può essere fatta con questi dati? La ricerca trova solo articoli come questo e varie notizie sull'edizione

La forza del pedale grezza oi dati di coppia sono difficili da utilizzare ma è possibile estrarre alcune informazioni da essi. Prima di tutto, nota che Stages monta gli estensimetri (o calibri) in modo permanente alla pedivella, quindi la lunghezza della pedivella è costante e sanno di cosa si tratta; ciò significa che esiste una relazione uno-a-uno tra le colonne kgf e coppia. In questo caso, appare dai dati di kgf e Nm dati che la tua pedivella sinistra è lunga 170 mm.

Le scene dicono che i dati sono inviati a 64 Hz ma si noti che i timestamp non sono tutti equidistanti; ci sono alcune lacune nei timestamp. In ogni caso, per semplificare le cose, ecco una trama dei primi 128 kgf di campioni dal set di dati (se la densità dei dati fosse veramente di 64 Hz, questi primi 128 campioni rappresenterebbero esattamente 2 secondi di dati):

I dati sono non timbrato con la manovella o con l'angolo di manovella ma non tutto è perduto: possiamo calcolare il tempo trascorso tra i picchi dei dati. Per gli stessi intervalli di interpeak possiamo calcolare la forza media o la coppia media. Dividere la coppia media (in Nm) per ogni giro delle pedivelle per il tempo trascorso sopra ogni giro della pedivella (in secondi) ci dà la potenza media per ogni giro in watt, poiché un Nm / s è un watt. Si noti che questo sarà diverso dai dati generalmente riportati poiché è il potere per un secondo di tempo piuttosto che il potere su una rivoluzione a manovella. Tuttavia, si noti che questo è esattamente il modo in cui la maggior parte dei misuratori di potenza attualmente sul mercato calcolano la potenza: hanno una coppia media su un giro completo della manovella, quindi la dividono per il tempo trascorso per una rivoluzione. La maggior parte (ma non tutti) i misuratori di potenza attualmente sul mercato utilizzano un interruttore a lamella per determinare quando la pedivella passa per un punto fisso. Pertanto, conoscono il tempo trascorso tra le chiusure dell'interruttore a lamella e la posizione della manovella solo una volta per giro. Inoltre, sebbene la maggior parte dei misuratori di potenza trasmettano i dati all'unità principale ricevente una volta al secondo o talvolta a un valore nominale di 4 Hz, in genere segnalano la potenza media dell'ultima rotazione della manovella completata prima della trasmissione programmata dei dati.

Come sappiamo che questo è un approccio valido? Di seguito è riportato un diagramma di coppia e angolo di manovella da Il classico studio di Kautz sulla forza del pedale e sulla coppia di manovella . Da questa trama è chiaro che i picchi di coppia si verificano solo una volta per giro della manovella. Si noti, tra l'altro, che i dati di Kautz sono stati raccolti da un pedale strumentato su una sola manovella, quindi la coppia viene misurata solo su un lato, proprio come le fasi raccoglie solo su un lato. Questi dati mostrano che il presupposto che i picchi di coppia osservati nei dati qui si verificano anche solo una volta per giro di manovella, anche se stiamo tramando contro il tempo piuttosto che l'angolo di manovella. Importante per questa analisi, la coppia massima è più facilmente identificabile della coppia minima. Se osservate il primo grafico sopra, potete vedere che la coppia massima è (in questo esempio) con picchi singoli, ma la coppia minima può a volte avere un "blip" o altra anomalia che rende più facile individuare l'intervallo da picco a picco di identificare l'intervallo da valle a valle. Di seguito ho tracciato il tuo file di dati con l'asse x convertito da "Timestamp" a secondi di tempo trascorso e con coppia (in Nm) sull'asse y. Per ogni giro di manovella ho fatto come descritto sopra e calcolato la potenza media in watt tra i picchi di coppia, presumibilmente equivalente ai giri della manovella. La potenza media tra i picchi è indicata in rosso. Si noti che su uno degli intervalli la coppia media misurata dalla pedivella sinistra era negativa: non ho eliminato o cancellato i dati in modo che si presentino come -20 watt per il periodo da circa 14 a 22 secondi sulla trama ( presumibilmente, la gamba destra stava generando una coppia positiva a quel punto ma non possiamo vederla). Una versione leggermente più grande della trama qui sotto può essere vista Qui .

Si noti che altri misuratori di potenza (tra cui Garmin Vector, Power2Max e il nuovo Pioneer, tra gli altri) utilizzano una combinazione di estensimetri e acclusometri sensibili alla forza proprio come fanno gli stadi per determinare gli schemi di forza e quindi la potenza. In effetti, il Power Tap utilizza solo estensimetri e altrove ho dimostrato che la sua "cadenza virtuale" stimata dalle variazioni di coppia misurate all'hub fornisce una stima ragionevolmente buona della cadenza misurata da un interruttore a lamella dedicato sulla manovella. Ancora una volta, ciò supporta l'approccio adottato qui per l'utilizzo di schemi di coppia o di forza come un modo per determinare il tempo necessario per una rivoluzione completa della manovella.

Poiché abbiamo calcolato il tempo trascorso per ogni giro di manovella, possiamo anche calcolare la cadenza (in termini di giri al minuto). Avevo calcolato 28 valori per la potenza sui 28 intervalli di interpeak nella trama sopra. La trama seguente mostra la cadenza e la coppia media per ogni giro corrispondente a questi 28 valori, con le coppie di cadenza e coppia media sequenzialmente identificate da un numero da 1 a 28, che indica quale giro della manovella è mostrato (quindi, la prima combinazione di cadenza e la coppia è contrassegnata con "1", la seconda con "2" e così via, il punto con coppia media negativa si trova sul fondo del grafico). Le linee rosse tratteggiate sono profili isopower a 100, 150, 200 e 250 watt. Come si può vedere dalla trama, per i primi 16 o più picchi, la cadenza era più alta e la coppia era più bassa rispetto agli ultimi colpi di pedale. Ciò è coerente con il primo grafico sopra della coppia rispetto al timestamp: si può vedere che le corse del pedale sono più distanti ei picchi di coppia sono più alti. diagramma della coppia cadenza: http://anonymous.coward.free.fr/wattage/stages/dbr4.png Quindi, è possibile vedere che anche senza l'angolo di manovella nominale, è possibile ricostruire stime ragionevoli di potenza e cadenza da questi dati, anche se lo sforzo può essere noioso. Se il tuo campione di dati fosse più lungo, potresti voler passare i dati di coppia attraverso un filtro per rafforzare il "segnale" e sopprimere il "rumore", quindi variare i valori di coppia filtrata e cercare i record in cui la differenza passa da zero; questo identificherà un picco di coppia (questo metodo è essenzialmente lo stesso di esaminare la prima derivata di una funzione per identificare i punti di transizione e quindi esaminare la derivata seconda per determinare se il punto di transizione era un massimo o un minimo). Quindi è possibile calcolare il tempo trascorso e la coppia media tra i picchi come descritto sopra per derivare potenza e cadenza.

C'è un modo per verificare che i valori di cadenza derivati ​​in questo modo siano corretti? Non solo con questi soli dati. Tuttavia, quasi tutti i normali set di dati sulle fasi includeranno la velocità della ruota. La velocità della ruota viene in genere misurata da un interruttore reed (vedi questa risposta di bicycles.stackexchange per una descrizione di come viene misurata la velocità) ed è possibile utilizzare la velocità misurata e la cadenza stimata per calcolare il rapporto di trasmissione implicito. Fatta eccezione per le rare biciclette con trasmissioni a variazione continua, i rapporti di trasmissione sono discreti. Ciò significa che se si traccia il rapporto di trasmissione putativo basato sulla velocità e sulla cadenza nel tempo, dovrebbero cadere in righe discrete facilmente riconoscibili piuttosto che in un grafico a dispersione casuale. Ad esempio, qui sotto puoi vedere i rapporti calcolati in base alla velocità e alla cadenza di una corsa. Sfortunatamente in questa trama non puoi vedere la velocità ma la cadenza misurata è mostrata nel pannello superiore, e puoi verificare che non sia costante ma piuttosto varia su e giù. Il pannello inferiore mostra i rapporti calcolati e, come previsto, cadono in file discrete e facilmente identificabili. Se le cadenze stimate per i dati ad alta frequenza di Stages fossero corrette, i rapporti di trasmissione derivati ​​da essi sarebbero entrambi caduti in file discrete e coinciderebbero anche con i rapporti di cambio definiti dagli anelli e dagli ingranaggi della catena effettiva sulla bicicletta del ciclista. Ciò fornirebbe un controllo e una convalida del metodo di stima della cadenza dagli intervalli da picco a picco.

In sintesi, questi dati non sono facili da usare ma, evidentemente sorprendentemente per molti, è ancora possibile raccogliere alcune informazioni da loro. In combinazione con altre informazioni che saranno probabilmente disponibili dai soliti file di dati sulle fasi (velocità e potenza), è possibile verificare che questo approccio abbia prodotto i valori di coppia ad alta frequenza corretti per essere coerenti con i dati di 1 secondo. Quindi è possibile utilizzare i valori di coppia per esaminare l'applicazione del potere attorno alla corsa del pedale con una certa sicurezza che i dati siano completi e coerenti.

Forza negativa / potenza coppia! + Resistenza attiva al pedale. Pertanto, non è possibile trarre conclusioni sulla "stile" della pedalata (anche per la gamba sinistra, che è tutto ciò che le misure di Stages) possono essere tratte da dati come questi.

Sono d'accordo che entrambi stiano misurando coppia / forza. Questo è il rapporto che otterresti con le pedivelle da 170 mm. 1 kgf = 9.80665 newton. 7.3 * 9.80665 * 170/1000 = 12.2.

Ma senza l'angolo del pedale concordo che non è possibile calcolare il lavoro o il potere (wattaggio). E questo sembra essere solo un pedale.

stagespower-Tech-spec

P = 2 * ((Fave * 9,8 * L) * (R * 0,1047))
Da lì, il resto dell'equazione è fisica standard. La media   la forza per rivoluzione (Fave) è misurata dagli estensimetri in   chilogrammi e poi convertiti in coppia in Nm (Newton Meters) di   moltiplicandolo per la lunghezza della pedivella (L) in metri e il gravitazionale   costante (9,8m / s ^ 2). Alla fine è moltiplicato per il RPM della manovella che   viene convertito in radianti al secondo per derivare la potenza.

E non capisco il numero e la grandezza dei numeri negativi. Anche quando sembra che tu fossi in una cadenza, il tuo negativo era 1/3 positivo. E in un tratto hai dei negativi che sono alcuni nei numeri più grandi.