自転車のパワーメーターはどのように機能しますか？
回答:
市場にはいくつかの異なるタイプの電力計があり、それぞれが推定を行うためにわずかに異なるものを測定します。さらに、彼らが測定するものを測定する方法は、その精度に影響を与えます。以下では、主要なモデルが測定するもの、それらがどのように測定するか、および正確性への影響について説明します。
電力は仕事の割合であり（したがって、仕事の量とその仕事が行われた時間の長さを知る必要があります）、仕事は距離を超えて作用する力なので、各電力計はそれらを測定する異なる方法を持っていますそして特許のために、それぞれが異なる「場所」でそれらを測定することを選択しました。
iBikeを除き、ほとんどのパワーメーターはドライブトレインのどこかで力を測定します。後ろから前に向かって、PowerTap（および古いLook MaxOne）はリアハブで測定し、古いPolarシステムはチェーンに沿って測定し、フロントチェーンリングのクモでのQuarq、SRM、Rotor、およびPower2Maxメジャー、ペダルスピンドルでの新しいLook / PolarおよびGarmin Metrigear（これまでのところ発表済みだが未発表）メジャー、（発表済みだが未発表）Brim Brothersメジャーシューズクリートで、エルゴモはボトムブラケットで測定され、ステージは左クランクで測定されます。iBikeは、以下で説明するまったく異なる方法で測定します。ドライブトレインに沿ったさまざまなポイントで測定した結果の1つは、ドライブトレインの損失が異なる程度まで考慮される（または考慮されない）ことです。例えば、一方はほとんどのドライブトレイン損失の「上流」であり、もう一方は「下流」であるため、PowerTapは通常、SRMよりも低くなります。この違いは、厳密な「精度」の問題というよりも定義上の問題です（「総所得または純所得は、より正確な収入の尺度ですか？」という意味では、特定の用途を念頭に置いていない限り、困難です）どちらがより「正確」であるかを言います）。
市場に出回っている電力計のほとんどは、歪みゲージを使用しています。歪みゲージは、電気伝導度と抵抗が変形するにつれて変化する小さな薄い箔ストリップです。ひずみゲージは多くのアプリケーション（ブリッジなど）で使用され、その特性は十分に理解されています。一般に、ひずみゲージは「ロゼット」または「ホイートストンブリッジ」で組み合わされて、より高い精度と精度が得られます（通常、ひずみゲージが多いほど良い結果が得られます）。数パーセント以内の正確さ（そして、同じくらい重要なことに、高精度で）; これは、静的に（クランクから吊り下げられた既知の重りを使用して）動的に（実験室で大型の動力付き回転ドラムを使用して）検証されています。その後、力は角速度または角速度の測定値と組み合わされて電力を取得します。ひずみゲージの長所は、デバイスが静止しているときでも抵抗の変化を測定できるため、サイクリストは既知の質量の重りをクランクから吊り下げることにより、自宅でひずみゲージ式の電力計の精度を測定できることです。ただし、ひずみゲージアプローチの一般的な問題は、温度変化の影響を受けやすいため、乗車前（および場合によっては乗車中）に「再ゼロ化」する必要があることです。古いLook MaxOneのアキレス腱は防水性であり、ひずみゲージや測定方法ではありませんでした。たとえば、元のPower2Max（および廃止された古いSRM "Amateur"モデル）は、現在のPowerTap、Quarq、または、ユーザーからのSRMモデルとレポート（その後、メーカーから認められた）は、乗車中の温度ドリフトに対して、他のモデルよりも敏感であることを示しました。Power2Maxは2012年後半に再設計および更新され、温度の問題はほぼ対処されたという報告があります。ステージの主張された特徴は、自動温度補正を中心に設計されていることです。2013年初頭現在、この主張はまだユーザーによって評価されており、彼らのアプローチが主張するとおりかどうかを知るのは時期尚早です。
古いPolarパワーメーターは、チェーン張力によってチェーンに沿って伝達される力を測定し、全体の仕事を得るためにチェーン速度センサーを搭載しました。チェーンでは、チェーンに沿って伝達される力が大きくなると張力が高くなり、オブジェクトの共振周波数で張力を測定できます（たとえば、爪で強く引っ張ったスポークを弾くと、ゆるいスポークを弾くと高周波数トーンが生成されます）低音）。歴史的な話として、Polarチェーンテンションセンサーの概念実証プロトタイプは、エレキギターからのピックアップでした。チェーンスピードセンサーは、ディレイラージョッキーホイールの1つに適合し、チェーンリベットが通過する際の磁場の「パルス」をカウントできます。チェーンリベットは既知の距離だけ離れているため、チェーン速度は簡単に計算されました。精度に関しては、Polarが正常に動作していたとき、それはとてもよかった; しかし、そうではなかったときは、本当にいたずらでした。さらに悪いことに、いつそれがいたずらなのかを知るのが難しいことがしばしばありました。古いPolarパワーメーターの没落は3つありました：1）チェーンテンションセンサーはチェーンに近接する必要がありましたが、チェーンは時々大きなチェーンリングまたは小さなチェーンリングまたは大きなまたは小さな後部歯車; 2）チェーンスピードセンサーは時々圧倒され、誤った速度の測定値を与えました。3）露出したワイヤと不十分に密閉された「ポッド」が原因で部分的に不完全な耐候性。チェーンは時々大きなチェーンリングまたは小さなチェーンリングまたは大きなまたは小さなリアコグに入れなければならないため、これを達成することは困難でした。2）チェーンスピードセンサーが時々圧倒され、誤った速度の測定値を示した。および3）露出したワイヤと不十分に密閉された「ポッド」が原因で部分的に不完全な耐候性。チェーンは時々大きなチェーンリングまたは小さなチェーンリングまたは大きなまたは小さなリアコグに入れなければならないため、これを達成することは困難でした。2）チェーンスピードセンサーは時々圧倒され、誤った速度の測定値を与えました。3）露出したワイヤと不十分に密閉された「ポッド」が原因で部分的に不完全な耐候性。
エルゴモのボトムブラケットベースのパワーメーターは、光学センサーと一連の「覗き穴」を使用して、ボトムブラケットのねじれを測定しました。この設計の奇妙な特徴は、ボトムブラケットを通過する（ねじり）力しか測定できないことです。したがって、左脚の寄与分のみを測定しました。合計電力を取得するには、左脚の寄与分を2倍にしました。エルゴモのインストールとキャリブレーションの難しさとともに（正確にインストールする必要がありました））、脚間の左右対称性へのこの依存は、エルゴモの死の告白でした。ステージのパワーメーターは、同様に左クランクの変形によって力を測定し、「左」を2倍にして合計パワーの推定値を求めます。インストルメントフォースペダルを使用した研究では、左右の脚の間の電力生産における左右非対称性が標準であることが示されています。ただし、一部のライダーは、この固有の不正確さと不正確さを受け入れます。
古いPolarまたはErgomoパワーメーターはいずれもひずみゲージを使用していなかったため、サイクリストはその精度と精度を現場で静的にチェックできませんでした。それらは動的に（または、他の既知の較正済み電力計に対して）しか確認できませんでした。
未発表のGarmin MetrigearとBrim Brothersのペダルまたはペダルクリートパワーメーターは、ホイルひずみゲージではなく圧電センサーとソリッドステート加速度計を使用すると噂されていますが、市場に出回るまでは、精度または精度に関するすべての主張は塩粒で行われるべきです。ペダルまたはクリートベースのパワーメーターの設計における興味深い問題は、力の方向とペダルスピンドルの位置を知る必要があることです。たとえば、ペダルストロークの下部に下向きの力を加える場合、クランクを正しい方向に動かすのに役立たないため、無駄な力です。同様に、アップストロークを（ただしわずかに）押し下げると、ダウンストロークで他の脚が加えた力の一部が相殺されます。したがって、さまざまな力ベクトルを追跡することが、信頼性の高い精度と精度を得るための鍵となります。また、ステージパワーメーターは、ある程度関連する問題の影響を受けやすい場合があります：ステージでは、ペダルでソリッドステート加速度計を使用して（スマートフォンで見られるソリッドステート加速度計と同様に）その位置を決定します。ステージの初期の生産モデルは、ペダル位置の不正確な測定に悩まされていたため、ペダル速度も不正確でした。これは、最終的なパワー推定の精度に影響を与えました。
最近リリースされた（2012年1月現在）Look / Polarパワーメーターは、ペダルスピンドルに沿って配列されたひずみゲージを使用しており、各ペダルは力が加えられている方向を認識するように慎重に設置する必要があります-特別なツールが付属しています方向付けに役立つペダル。測定された力のトルク値への変換を簡単にするために、Look / Polarペダルでは、170mm、172.5mm、175mm、および177.5mmの4つの異なるクランク長のみを使用できます。170mmより短いクランクは現在サポートされていません。1つのペダルが「マスター」で、もう1つのペダルが「スレーブ」です。スレーブペダルは情報をマスターに送信し、マスターは両方のペダルからのデータをまとめてヘッドユニットに転送します。現時点では、Look / Polarペダルは独自の伝送プロトコルを使用しており、互換性のあるヘッドユニットを提供するためにサインオンしたメーカーはまだありません。新しいLookペダルに関する初期のレポートでは、ペダルの向きが重要であることが確認されています。ペダルのスピンドルが小さいため、アライメントの小さな絶対誤差は、角度の向きの大きな相対誤差になります。
iBikeは完全に異なるアプローチを採用しています。電力を間接的に計算します。つまり、ポテンシャルエネルギーの変化（上昇または下降）、運動エネルギーの変化（加速または減速）を克服し、空力抵抗（風を含む）を克服し、転がり抵抗による抵抗を克服するには、ある程度の力が必要です。対地速度、勾配、風速、総質量（自転車とすべての機器を加えたもの）を把握してから、転がり抵抗係数（Crr）および空力抵抗と前面面積（CdAまたは抗力領域）の推定値と組み合わせて計算できます。全体の電力（たとえば、ここを参照）。本質的に、市場にある他の電力計は、ドライブトレインに沿ったどこかでライダーによって供給される電力を測定することにより、「供給側の方程式」に焦点を当てています。iBikeは、風、勾配、その他の抗力に対して自転車を動かすために必要な電力を測定することにより、「需要側」に焦点を当てています。通常の条件下では、これは非常に（おそらく驚くほど）正確な場合がありますが、この方法で推定されたパワーの精度はそれほど良くありません-iBikeは空力抵抗領域（別名CdA）が一定であると仮定しているため、位置を変更する（ドロップからバーのトップに移動するなど）か、ヨー角が変わるために風速が異なる場合、電力推定値はオフになります。一般に、iBikeは山登りに対して非常に正確であることが示されています。ローリングコースやパックに乗る場合はそうではありませんが、そのため、全体的な精度は、行われたライディングの正確な組み合わせと風の方向の変動性に依存します。ひずみゲージに基づいていない古いPolarおよびErgomoと同様に、iBikeの正確性や精度を静的にチェックすることはできません。さらに悪いことに、勾配と風速に依存するため、ラボのダイナミックリグで確認することもできません。ライダーが同じバイクに別のパワーメーターを取り付けて、2つのデータストリームを比較したときに、フィールドでiBikeのチェックが実行されました。
1人のライダーが自転車に2つ以上のパワーメーターを取り付けて、構造化または非構造化のライドを行った場合、パワーメーターの精度の「同時」比較がいくつか行われました。このような「Rosetta Stone」の比較をこことここで見ることができます。
一般に、商業的にリリースされたすべての電力計は、新たに調整され、理想的な条件下で動作するとき、正確でした（時には正確でした）。ただし、条件が常に理想的であるとは限らず、部品が損傷したり、汚れたり、劣化したりします。精度と精度が重要な場合、「設計」精度（ひずみゲージ、光学センサー、磁気センサー、または風速センサーに基づく）は、戦いの半分に過ぎません。同様に重要なのは、自宅で電力計を検証できることです。彼らがオフになっているときを知ることができます。
基本的に、パワーメーターはすべて、力（またはトルク）と速度を測定することで機能します。
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_(physics)#Mechanical_power
P(t) = F(t) * v(t)
言い換えると：
Power = Force * velocity
ペダルまたはクランクベースのパワーメーターは、クランクに加えられるトルクを測定します。それをケイデンスと組み合わせると、出力が得られます（時間を追加し、全体の作業を完了します）。
ハブベースのパワーメーターは、ドライブトレインによってハブに加えられるトルクを測定し、それを速度またはホイールの回転数と組み合わせて、同じ基本的な計算を行い、そこで出力を計算します。
基本的に、1つはドライブトレインに入る電力を測定し、もう1つはドライブトレインから出る電力を測定します。両方がある場合、ドライブトレインで失われた電力のために、ハブの電力メーターにわずかに少ない電力が表示されます。ただし、自転車のドライブトレインは非常に効率的です（特に適切にメンテナンスされている場合）。そのため、非常に小さな違いについて心配する必要はありません。ある程度は、出力を重視するか、ライダー+自転車システム全体の出力を重視するかによって異なります。
実際の基礎となる物理的メカニズムは、おそらく、力が加えられるとわずかに曲がる梁の上をジグザグに走る細いワイヤで構成されるひずみゲージです。ワイヤを曲げると電気抵抗が変化します。http://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge
また、ペダルへの力を測定するパワーメーターのことも聞きました。クランクの長さを伝える必要があると思います。チェーンの振動を測定してチェーンの張力を計算し、出力を計算するための力/トルク情報を取得するシステムについても聞いたことがあります。