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「鰭」全新升級支持功率

鰭發布已經有一段時間了,這次我們將為鰭的用戶帶來全新的升級,那就是基於「鰭」的功率估算,當然,你並不需要購買新的「鰭」,也不需要更新固件,只需要下載最新版本的行者APP就可以了。

為啥需要功率

首先,我們來聊聊為什麼需要功率。最大化效率,合理功率輸出,能讓你騎得更快更遠。具體就是你在特定時間地點,以最小的能量輸出完成一次騎行,這和你所處位置的海拔變化,氣溫,風等有關。事實上,人體的代謝效率不是特別高,在不考慮到自然環境的影響,自行車行駛的運動的經濟性大部分是通過以勻速騎行來實現的。但是實際環境中風的變,坡度的變化都會對這個速度帶來影響,那這個實時環境中最經濟的速度到底是多少呢?就需要功率來給我們指導。具體功率是什麼,請參考:非功率計不可的理由 - 知乎專欄

功率如此重要以至於幾乎是所有職業車手訓練和比賽的必備,最著名的莫過於「大表哥」弗魯姆(Christopher Froome)了,弗魯姆騎車的風格非常特立獨行,全程低頭看錶,從來不看對手,只關心碼錶上的功率數據,因此得名。

低頭看錶爬坡的弗魯姆

功率如此重要,以至於「酋長」金塔納呼籲要禁用功率計,可見功率數據已經相當於一種「外掛」,可以影響到比賽結果了。金塔納要禁用功率計 你怎麼看 - 環西 - 騎行家 - 專業自行車全媒體

金塔納 VS 弗魯姆,一個看對手一個看錶

功率計價格高

當然,現在很多碼錶特別是GPS碼錶已經支持功率計,但是功率計硬體本身的價格由於市場比較小,一直價格還居高不下。

看著這四位的價格,一陣陣的腎疼啊。那麼除了硬體之外,有沒有什麼辦法能快速的估算出功率呢?辦法當然是有的了,來看一下行者基於「鰭」的功率估算吧,本次我們將使用行者+鰭與某品牌曲柄功率計+Garmin作對比,我們邀請了FTP 300W的「拖鞋哥」為我們跑了35公里的新江灣小圈,現在我們來看下數據吧:

行者+鰭 功率估算

Garmin+功率計

從數據上來看35公里平均功率的誤差在10W左右,誤差在5%以內,估算功率的曲線抖動要比真是功率計的要大,這個主要是由於實際繞圈過程中天氣和風的影響。

原始數據鏈接:行者+鰭估算功率Garmin+功率計

功率估算原理

那麼我們是如何做到的呢?(認真臉)

我們來看一下騎行過程中你需要克服那些力來推動自行車的前進,自行車前進中的阻力:

  • 重力
  • 加速也會產生額外阻力

  • 風阻
  • 自行車前進滾動阻力

我們知道這些阻力就可以計算出騎行的功率了:

Ptotal = Pclimb + Pinertia + Pdrag + Ptire

  • Pclimb = weight * vertical speed 反重力功率

  • Pinertia = mass * acceleration * speed 加速度功率

  • Pdrag = air drag * speed 空氣阻力功率

  • Ptire = tire rolling resistance * speed 滾動阻力功率

圖1. 功率速度圖

那麼如何來準確的計算這些功率呢?現在我們了解一下原理吧(敲黑板,大部分是高中物理知識)

精確的速度可以從「鰭」的速度感測器中獲得,垂直速度可以通過「鰭」的氣壓計測量海拔得到,有了這兩個數據,再結合車重和選手的重量,我們很容易得到重力和加速的功率。

空氣阻力和滾動阻力就要稍微複雜一點了,空氣阻力涉及到騎行過程中實時的風阻大小,而滾動阻力與路面狀況、輪胎類型都有很大的關係。

我們先來看一下空氣阻力,空氣阻力和其他幾個阻力不太一樣,和速度並不是線性的關係,而是指數的關係。另外在實際的的戶外環境中,風的方向,風的大小以及空氣密度都是很大影響。當然,我們有鰭,可以很容易通過氣壓和氣溫得到空氣密度,風速和風向我們也可以從公開的天氣數據中獲取,這樣我們就的得到了風力的公式:

Fair = ? * ρ * Cd * A * w

  • ρ為空氣密度

  • w為風速

  • Cd 為風阻係數

  • A 為風阻面積

風阻面積(A)和風阻係數(Cd)不能被視為常數,因為它們的值取決於風的方向,風阻橫向產生的力影響非常大,所以風阻(Fdrag)的大小等於風力Fair在行進方向上的投影:

Fdrag =Fair * cos β .

圖2. 作用在自行車手上的速度和力

  • u 自行車速度

  • v 風速

  • w 體感風速

從公式中我么可以看出來,風阻力實際上與空氣密度成正比,與體感風速成正比例關係,得到風阻力,風阻功率就很容易計算了Pdrag=Fdrag*speed,所以分組功率和速度是指數關係。

最後我們再來看看滾動阻力,實際上滾動阻力也是與速度成正比例關係,但是他與一個重要的因子滾動摩擦係數有關:

Ftire = weight * (1 - grade^2)^0.5* Crr

grade是坡度,除非特別陡峭的坡,一般的(1 - grade^2)值趨近於1,我們可以忽略該參數。可以根據路面,輪胎幾何形狀,輪胎構造和輪胎充氣壓力來估計Crr的值。 默認值0.0055可以用於在平滑路面(水泥路)上足量充氣的公路車輪胎。

基於以上的數據,我們就可以成功的估算出騎行的功率了,當然實際環境中風向,海拔的變化都會帶來影響,但是在相對穩定的環境中,數據還是很準的。

說到這裡,做下廣告,只要147,來體驗一下平均功率誤差5%以內的「功率計」吧。

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