自行车功率计是如何工作的？

市场上有几种不同类型的电表，每种电表测量的东西略有不同，以便进行估算。此外，它们测量的方式对其准确性也有影响。下面我将讨论主要型号的测量内容，它们的测量方式，以及对准确性的影响。

功率是工作的速率（所以你需要知道工作的数量和工作的时间跨度），而工作是在距离上施加的力，所以每个功率计都有不同的方法来测量这些力，并且由于专利，每个人都选择在不同的 “位置 "测量它们。 ”

除了iBike之外，大多数功率计都是在传动系统的某个地方测量力的。从后面到前面，PowerTap（和旧的Look MaxOne）在后花鼓处测量，旧的Polar系统沿着链条测量，Quarq、SRM、Rotor和Power2Max在前链环的蜘蛛处测量，新的Look/Polar和Garmin Metrigear（到目前为止，已公布但未发布）在踏板主轴处测量，（已公布但未发布）Brim Brothers在鞋夹板处测量，Ergomo在底架处测量，Stages在左曲柄处测量。iBike的测量方式完全不同，下面将讨论。沿着传动系统的不同点进行测量的一个结果是，传动系统的损失将（或不会）被考虑到不同的程度；例如，PowerTap的读数通常会低于SRM，因为一个是大多数传动系统损失的 “上游"，而另一个是 "下游"。这种差异更多的是一个定义问题，而不是一个严格的 "准确性 "问题（在这个意义上，"是总收入还是净收入更'准确'地衡量收入？” 除非你心中有具体的用途，否则很难说哪个更 “准确"）。

市面上大多数电能表都使用应变计，应变计是一种小的薄箔条，其电导率和电阻会随着变形而变化。应变计被应用于很多场合（比如，桥梁），其特性也被人们所熟知。一般情况下，应变片组合在一个 "莲座 "或 "惠斯通桥 "中，以产生更多的精度和准确度（更多的应变片通常会产生更好的结果），当正确操作时，Power Tap、Quarq和SRM通常精确到几个百分点以内（同样重要的是，具有很高的精度）；这一点已经得到了静态验证（使用挂在曲柄上的已知砝码），也得到了动态验证（在实验室中使用一个大型动力滚动滚筒）。然后将力与角速度或速度的测量结合起来，以获得动力。应变计的一个优点是，即使在设备静止时也能测量出阻力的变化，所以骑车者可以在家里通过将已知质量的砝码挂在曲柄上来测量基于应变计的功率计的精度。然而，应变片方法的一个常见问题是，它们可能对温度变化很敏感，因此需要在骑行前（有时，在骑行期间）进行 "重新归零"。老款Look MaxOne的致命弱点是防水性，而不是应变片或测量方法。例如，最初的Power2Max（以及旧的已停产的SRM "业余 "型号）使用的应变片比现在的PowerTap、Quarq或SRM型号少，用户的报告（后来制造商承认）显示，它对骑行过程中的温度漂移比那些其他型号更敏感。Power2Max在2012年底进行了重新设计和更新，报告显示温度问题已经基本解决。Stages的一个宣称的功能是围绕自动温度补偿设计的 –截至2013年初，这个宣称还在被用户评估，现在知道他们的方法是否如其宣称的那样还为时过早。

老式的Polar功率计通过链条张力测量沿链条传输的力，并包括一个链条速度传感器来获得总工作。在链条中，沿链条传递的力越大，张力就越大，而张力可以通过物体的共振频率来测量（例如，用指甲拔高张力的辐条会产生高频音，而拔松辐条会产生低频音）。历史上，Polar链条张力传感器的概念验证原型是电吉他的拾音器。链条速度传感器装在一个脱轨器的骑轮上，可以计算链条铆钉通过时磁场中的 "脉冲"；由于链条铆钉之间的距离是已知的，所以链条速度很容易计算出来。至于精度，当Polar运行良好时，它的精度非常好；然而，当它运行不佳时，它确实非常调皮。更糟糕的是，往往很难判断它何时调皮。老式Polar电能表的弊端有三点：1)它的精度不高。链条张力传感器需要靠近链条，这很难实现，因为链条有时必须在大或小的链环或大或小的后齿轮中；2）链条速度传感器有时会被淹没，并给出错误的速度读数；3）不完全的耐候性，部分原因是裸露的电线和密封不严的 "吊舱"。

基于Ergomo底托架的功率计使用光学传感器和一系列 "窥视孔 "来测量底托架的扭转。这种设计有一个奇怪的特点，那就是它只能测量通过底托架的（扭转）力，因此，它只能测量左腿贡献的功率：为了得到总功率，它要把左腿的贡献加倍。再加上Ergomo在安装和校准上的困难（必须精确地安装），这种对双腿对称性的依赖是Ergomo的丧钟。Stages功率计同样是通过左曲柄的变形来测量力，并将 "左 "加倍，得出总功率的估计值。用仪器测力踏板的研究表明，左右腿之间的双侧产力不对称是常态 –更糟糕的是，研究表明，不对称性会随着努力程度的变化而变化。然而，一些骑行者愿意接受这种固有的不准确和不精确性。

由于旧的Polar和Ergomo功率计都没有使用应变计，它们的准确性和精确性不能由骑行者在现场进行静态检查，只能进行动态检查（或与另一个已知校准的功率计进行对比）。

未发布的Garmin Metrigear和Brim Brothers脚踏或脚踏夹板功率计据说使用压电传感器和固态加速度计，而不是箔片应变计，但在它们进入市场之前，所有关于准确度或精确度的说法都应该被视为盐分。在基于踏板或夹板的功率计的设计中，一个有趣的问题是，必须知道力的方向和踏板主轴的位置：例如，如果你在踏板行程的底部增加了向下的力，那就是浪费的力，因为它不能帮助曲柄向正确的方向移动；同样，如果你在上行程中向下按压（无论多么轻微），这将抵消另一条腿在其下行程中施加的一些力。因此，跟踪各种力矢量是获得可靠的准确性和精确度的关键。在某种程度上，Stage功率计偶尔也会容易受到相关问题的影响：Stages使用踏板中的固态加速度计（类似于智能手机中的固态加速度计）来确定其位置。Stages的早期生产型号受到踏板位置测量不精确的困扰，因此踏板速度也不精确 –这对最终功率估计的精度产生了影响。

最近发布的（截至2012年1月）Look/Polar功率计使用沿踏板主轴阵列的应变片，每个踏板必须仔细安装，以便踏板知道力的方向–随踏板提供了一个特殊工具来帮助定位。为了简化测量力与扭矩值的转换，Look/Polar踏板只允许使用四种不同的曲柄长度：170mm、172.5mm、175mm和177.5mm。目前不支持短于170mm的曲柄。一个踏板是 "主踏板"，另一个是 "从踏板"，从踏板将信息传输给主踏板，主踏板再将两个踏板的数据捆绑后转发给车头单元。目前，Look/Polar踏板使用的是自己的传输协议，还没有其他厂商签约提供兼容的车头单元。关于新Look踏板的早期报道证实，踏板的方向至关重要：因为踏板的主轴很小，所以对准的绝对误差很小，其角度方向的相对误差就很大。

iBike采用了完全不同的方法：它间接计算功率。也就是说，你需要一定的功率来克服势能的变化（爬坡或下降），对于动能的变化（加速或减速），克服空气动力阻力（包括风）和滚动阻力的阻力，所以如果你知道地面速度。坡度、风速、你的总质量(你加上自行车和所有设备)，然后结合滚动阻力系数(Crr)、空气阻力和前表面积(CdA或阻力面积)的估计值，你就可以计算出总功率(例如，见这里)。本质上，市场上的其他功率计侧重于 "供给侧方程"，测量骑手沿着传动系统某处提供的功率；而iBike侧重于 "需求侧"，测量功率。所需的功率，以使自行车在风、坡度和其他阻力的作用下移动。在正常情况下，这可能是相当准确的（也许甚至是令人惊讶的），尽管以这种方式估计的功率的精度并不那么好 – iBike假设空气动力阻力面积（又称CdA）是恒定的，所以如果骑手改变位置（例如，从下降到杆顶），或者如果风速因为偏航角的变化而不同，功率估计会有偏差。一般来说，iBike在爬坡时的准确度相当高；而在起伏的路线或骑行时则不太准确，所以整体的准确度将取决于所做的确切的骑行组合和风向的变化。与基于非应变计的老式Polar和Ergomo一样，iBike不能进行静态检查以确保其准确性或精确度；更糟糕的是，也不能在实验室的动态装备上进行检查，因为它取决于坡度和风速。当骑手将另一个功率计安装在同一辆自行车上并比较两个数据流时，iBike的检查就会在现场进行。

有一些 "同时 "的功率计准确性比较，即一个骑手将两个或更多的功率计安装在自行车上并进行结构化或非结构化的骑行。你可以看到这样的 "罗塞塔石 "比较这里和这里。

一般来说，所有市面上发行的功率计在新调整和理想条件下的表现都是准确的（有时是精确的）。然而，条件并不总是理想的，零件会损坏、变脏和变质。如果准确性和精确度很重要，那么 "设计 "的准确性（无论是基于应变计、光学传感器、磁传感器还是风速传感器）只是战役的一半：同样重要的是在家里验证功率计的能力，这样你就可以告诉他们什么时候关闭。