Que mesurent-ils exactement ? Comment le mesurent-ils ? Quelles sont les implications des différentes approches sur la précision / la vitesse d'obtention d'une bonne mesure ?
Il serait utile que quelqu'un puisse donner une réponse expliquant en quoi les compteurs basés sur le moyeu comme le PowerTap diffèrent des compteurs basés sur la manivelle comme le Quarq qui diffèrent des autres.
Il existe plusieurs types de compteurs d'électricité sur le marché et chacun mesure quelque chose de légèrement différent afin de faire ses propres estimations. En outre, la façon dont ils mesurent ce qu'ils mesurent a des implications sur leur précision. La puissance est la cadence de travail (vous devez donc connaître la quantité de travail et la durée pendant laquelle ce travail est effectué), et le travail est une force exercée sur une distance. Chaque instrument de mesure de puissance a donc une manière différente de mesurer ces forces et, en raison des brevets, chacun a choisi de les mesurer dans un “endroit” différent. “À l'exception du iBike, la plupart des wattmètres mesurent les forces quelque part le long du groupe motopropulseur : En travaillant de l'arrière vers l'avant, le PowerTap (et l'ancien Look MaxOne) mesure au moyeu arrière, les anciens systèmes Polar mesurent le long de la chaîne, le Quarq, le SRM, le Rotor et le Power2Max mesurent au croisillon de l'anneau de chaîne avant, le nouveau Look/Polar et le Garmin Metrigear (jusqu'à présent, annoncé mais non publié) mesurent à l'axe de la pédale, le Brim Brothers (annoncé mais non publié) mesure au taquet de la chaussure, l'Ergomo mesure au boîtier de pédalier, et le Stages mesure à la manivelle gauche. Le iBike mesure d'une manière complètement différente, dont il est question ci-dessous. L'une des conséquences de la mesure en différents points du groupe motopropulseur est que les pertes du groupe motopropulseur seront (ou ne seront pas) prises en compte à un degré différent ; par exemple, un PowerTap aura généralement une lecture inférieure à un MRS puisque l'un est "en amont” de la plupart des pertes du groupe motopropulseur tandis que l'autre est “en aval”. Cette différence est davantage une question de définition qu'une question de “précision” stricte (au sens de “le revenu brut ou le revenu net est-il une mesure plus "précise” du revenu ? À moins d'avoir une utilisation spécifique en tête, il est difficile de dire laquelle est la plus “précise”).
La plupart des compteurs d'énergie sur le marché utilisent des jauges de contrainte, qui sont de petites bandes de feuilles minces dont la conductance et la résistance électriques varient lorsqu'elles sont déformées. Les jauges de contrainte sont utilisées dans de nombreuses applications (comme les ponts) et leurs propriétés sont bien connues. En général, les jauges de contrainte sont combinées en une “rosette” ou un “pont de Wheatstone” afin de produire plus de précision et d'exactitude (plus de jauges de contrainte donnent généralement de meilleurs résultats), et, lorsqu'elles fonctionnent correctement, le Power Tap, le Quarq et le SRM sont généralement précis à quelques pourcents près (et, ce qui est tout aussi important, avec une grande précision) ; cela a été vérifié à la fois statiquement (en utilisant des poids connus suspendus à la manivelle) et dynamiquement (en utilisant un grand tambour de roulement motorisé dans un laboratoire). Les forces sont ensuite combinées avec une mesure de la vitesse angulaire ou de la vitesse pour obtenir la puissance. Une des vertus des jauges de contrainte est que le changement de résistance peut être mesuré même lorsque l'appareil est stationnaire, de sorte que le cycliste peut mesurer la précision des compteurs de puissance basés sur les jauges de contrainte chez lui en suspendant des poids d'une masse connue à la manivelle. Un problème courant avec l'approche des jauges de contrainte, cependant, est qu'elles peuvent être sensibles aux changements de température et doivent donc être “remises à zéro” avant (et parfois, pendant) les courses. Le talon d'Achille de l'ancien Look MaxOne était l'étanchéité, et non les jauges de contrainte ou la méthode de mesure. Par exemple, le Power2Max original (et l'ancien modèle SRM “Amateur” abandonné) utilise moins de jauges de contrainte que les modèles actuels PowerTap, Quarq ou SRM et les rapports des utilisateurs (admis par la suite par le fabricant) ont montré qu'il était plus sensible à la dérive de température pendant un tour que les autres. Le Power2Max a été redessiné et mis à jour fin 2012 et les rapports indiquent que le problème de la température a été largement résolu. Une des caractéristiques revendiquées du Stages est qu'il est conçu autour d'une compensation automatique de la température - au début de 2013, cette revendication est encore en cours d'évaluation par les utilisateurs et il est trop tôt pour savoir si leur approche fait ce qu'elle prétend.
L'ancien wattmètre Polar mesurait la force transmise le long de la chaîne par la tension de la chaîne, et comprenait un capteur de vitesse de la chaîne pour obtenir un travail total. Dans une chaîne, une force plus élevée transmise le long de la chaîne entraîne une tension plus élevée, et la tension peut être mesurée par la fréquence de résonance de l'objet (par exemple, le fait de pincer un rayon très tendu avec l'ongle produit un son à haute fréquence tandis que le fait de pincer un rayon lâche produit un son à basse fréquence). Pour faire une parenthèse historique, le prototype de démonstration du capteur de tension de la chaîne polaire était le micro d'une guitare électrique. Le capteur de vitesse de la chaîne était monté sur l'une des roues de dérailleur et pouvait compter les “impulsions” du champ magnétique au passage des rivets de la chaîne ; comme les rivets de la chaîne sont à une distance connue les uns des autres, la vitesse de la chaîne était facile à calculer. Quant à la précision, lorsque la Polar fonctionnait bien, elle était très bonne ; par contre, lorsqu'elle ne l'était pas, elle était très mauvaise. Pire encore, il était souvent difficile de dire quand elle était méchante. La chute de l'ancien wattmètre Polar a été triple : 1) le Le capteur de tension de la chaîne devait être proche de la chaîne, ce qui était difficile à réaliser car la chaîne devait parfois se trouver dans le grand ou le petit anneau de la chaîne ou dans le grand ou le petit pignon arrière ; 2) le capteur de vitesse de la chaîne était parfois dépassé et donnait des lectures de vitesse erronées ; et 3) une étanchéité incomplète en partie due à des fils exposés et à une “cosse” mal scellée.
Le wattmètre Ergomo basé sur le pédalier utilisait un capteur optique et une série de “trous de visée” pour mesurer la torsion dans le pédalier. Une caractéristique étrange de cette conception est qu'elle ne pouvait mesurer que la force (de torsion) se déplaçant dans le pédalier ; ainsi, elle ne mesurait que la puissance apportée par la jambe gauche : pour obtenir la puissance totale, elle doublait la contribution de la jambe gauche. Conjuguée à la difficulté d'installer et de calibrer l'Ergomo (il devait être installé exactement comme cela), cette dépendance de la symétrie bilatérale entre les jambes a sonné le glas de l'Ergomo. Le compteur de puissance Stages mesure de la même manière la force par déformation de la manivelle gauche, et double la “gauche” pour arriver à une estimation de la puissance totale. Les recherches menées avec des pédales de force instrumentées montrent que l'asymétrie bilatérale dans la production de puissance entre les jambes droite et gauche est la norme - pire, les recherches montrent que l'asymétrie peut changer avec le niveau d'effort. Cependant, certains cyclistes sont prêts à accepter cette imprécision et cette inexactitude inhérentes.
Parce que ni les anciens compteurs de puissance Polar ni Ergomo n'utilisaient de jauges de contrainte, leur précision et leur exactitude ne pouvaient pas être vérifiées statiquement sur le terrain par le cycliste ; elles ne pouvaient être vérifiées que dynamiquement (ou par rapport à un autre compteur de puissance connu et calibré).
Les compteurs de puissance à pédale ou à taquet de pédale Garmin Metrigear et Brim Brothers, qui n'ont pas encore été publiés, sont censés utiliser des capteurs piézoélectriques et des accéléromètres à semi-conducteurs plutôt que des jauges de contrainte en aluminium, mais jusqu'à ce qu'ils soient commercialisés, toutes les affirmations concernant l'exactitude ou la précision doivent être prises avec des grains de sel. Un problème intéressant dans la conception d'un wattmètre à pédale ou à taquet est que la direction de la force et la position de l'axe de la pédale doivent être connues : par exemple, si vous ajoutez une force descendante en bas de la course de la pédale, c'est une force perdue puisqu'elle n'aide pas à déplacer la manivelle dans la bonne direction ; de même, si vous appuyez (même légèrement) sur la course ascendante, cela annulera une partie de la force exercée par l'autre jambe sur sa course descendante. Il est donc essentiel de suivre les différents vecteurs de force pour obtenir une précision et une exactitude fiables. Dans une certaine mesure, l'instrument de mesure de la puissance de la scène peut aussi être occasionnellement sujet à un problème connexe : la scène utilise un accéléromètre à semi-conducteurs dans la pédale (similaire aux accéléromètres à semi-conducteurs que l'on trouve dans les smartphones) pour déterminer sa position. Les premiers modèles de production des Stages étaient affectés par des mesures imprécises de la position de la pédale, donc la vitesse de la pédale était également imprécise - et cela avait des répercussions sur la précision des estimations finales de la puissance.
Le wattmètre Look/Polar récemment publié (à partir de janvier 2012) utilise des jauges de contrainte disposées le long de l'axe de la pédale, et chaque pédale doit être soigneusement installée afin que les pédales sachent dans quelle direction les forces sont appliquées – un outil spécial est fourni avec les pédales pour aider à l'orientation. Pour simplifier la conversion des forces mesurées en valeurs de couple, la pédale Look/Polar ne permet d'utiliser que quatre longueurs de manivelle différentes : 170 mm, 172,5 mm, 175 mm et 177,5 mm. Les manivelles plus courtes que 170 mm ne sont pas prises en charge actuellement. Une pédale est le “maître” et l'autre est l’“esclave” ; la pédale esclave transmet des informations au maître qui regroupe alors les données des deux pédales et les transmet à l'unité principale. Pour l'instant, la pédale Look/Polar utilise son propre protocole de transmission et aucun autre fabricant n'a encore signé pour fournir des unités principales compatibles. Les premiers rapports sur les nouvelles pédales Look confirment que l'orientation des pédales est critique : comme l'axe d'une pédale est petit, une petite erreur absolue d'alignement peut être une grande erreur relative dans son orientation angulaire.
Le iBike adopte une approche complètement différente : il calcule la puissance indirectement. C'est-à-dire que vous avez besoin d'une certaine quantité de puissance pour surmonter les changements d'énergie potentielle (montée ou descente), pour les changements d'énergie cinétique (accélération ou décélération), pour surmonter la traînée aérodynamique (y compris le vent) et la traînée due à la résistance au roulement, donc si vous connaissez la vitesse au sol, gradient, vitesse du vent, votre masse totale (vous plus le vélo et tout l'équipement) puis combinée avec les estimations des coefficients de résistance au roulement (Crr) et de la traînée aérodynamique et de la surface frontale (CdA ou surface de traînée), vous pouvez calculer la puissance globale (voir, par exemple, ici ). En substance, les autres appareils de mesure de la puissance disponibles sur le marché se concentrent sur l’“équation de l'offre” en mesurant la puissance fournie par le conducteur à un endroit donné du groupe motopropulseur ; le iBike se concentre sur le “côté demande” en mesurant la puissance a exigé de déplacer le vélo contre le vent, la pente et d'autres forces de traînée. Dans des conditions normales, cela peut être assez (peut-être même surprenant) précis, bien que la précision de la puissance estimée de cette manière ne soit pas aussi bonne - le iBike suppose que la zone de traînée aérodynamique (alias CdA) est constante, donc si le cycliste change de position (par exemple, en passant des chutes aux sommets des barres) ou si la vitesse du vent diffère parce que l'angle de lacet change, l'estimation de la puissance sera faussée. En général, il a été démontré que le iBike est assez précis pour les montées de collines, mais moins pour les parcours vallonnés ou la conduite en peloton, de sorte que la précision globale dépend de la combinaison exacte de la conduite et de la variabilité de la direction du vent. Comme pour les anciens Polar et Ergomo, qui ne sont pas basés sur des jauges de contrainte, la précision du iBike ne peut être vérifiée statiquement ; pire, elle ne peut pas non plus être vérifiée sur un appareil dynamique en laboratoire, car elle dépend de la pente et de la vitesse du vent. Des contrôles de l'iBike ont été effectués sur le terrain lorsque des cyclistes ont monté un autre wattmètre sur le même vélo et comparé les deux flux de données.
Il y a eu quelques comparaisons “simultanées” de la précision des wattmètres lorsqu'un cycliste a monté deux wattmètres ou plus sur le vélo et a effectué des trajets structurés ou non structurés. Vous pouvez voir une de ces comparaisons “Rosetta Stone” ici et ici .
En général, tous les wattmètres commercialisés ont été précis (et parfois justes) lorsqu'ils étaient nouvellement réglés et fonctionnaient dans des conditions idéales. Cependant, les conditions ne sont pas toujours idéales et les pièces sont endommagées, sales et se détériorent. Si l'exactitude et la précision sont importantes, alors la précision de la “conception” (qu'elle soit basée sur des jauges de contrainte, des capteurs optiques, des capteurs magnétiques ou des capteurs de vitesse du vent) n'est que la moitié de la bataille : tout aussi importante est la possibilité de vérifier un wattmètre à la maison afin de pouvoir dire quand il est éteint.