DHZ vermogensmeter

[HugoW1975]

Hoi,

ik wil wel eens puzzelen met elektronica en het leek me leuk zelf een vermogensmeter te maken voor op mijn fiets. Ik weet dat die ook te koop zijn. Ik vind de puzzel leuk en het streven is om onder de € 50,- te blijven qua materiaal. Ik heb al een conceptje bedacht, nu ben ik met de krachten bezig. En daarvoor zou ik graag jullie advies willen hebben. De simpele vorm van de vraag is; hoe hard druk je maximaal op een pedaal, of liggend; tegen een pedaal?

Ik heb als simpele antwoord gewoon mijn eigen gewicht maal zwaartekracht maal een factor 1,5 voor de marge. Dus 1.200 Newton. Mooi.

Als ingewikkelder antwoord heb ik max 500 Watt. Ik lees cruise vermogens van 100 W, flink doortrappen na veel oefening 200 W, prof wielrenners 350 W, dus met veel kracht kort heuveltje op 500 W. Reken 100 toeren per minuut dan levert dat een koppel van 48 Nm. Neem een kruklengte van 17 cm, dan kom je op een kracht van 282 N. Nou druk je met één been gestrekt en de andere knie helemaal gebogen even 0 N op de pedalen en 90 graden verder maximaal, dus de maximale pedaalkracht zal ongeveer 2x het gemiddelde zijn; 564 N. Ook mooi.

Er zit alleen een factor 2,13 tussen beide antwoorden. Niet mooi. Ik zoek naar een zo krap mogelijk meetbereik om zo goed mogelijk te kunnen meten. Ik neig zelf naar een max van 600 N of zo. Als ik van 1.200 N uitga is de meting al weer haf zo accuraat. OK, da's ook niet waar en afhankelijk van de meting, maar toch.

Alle input is welkom, behalve input over dat ik gewoon een standaard oplossing moet kopen. Want dat is niet leuk...

Dank,

Hugo

[Hardloper]

Ik zou niet weten hoe realistische een maximum vermogen van 500 Watt is:
615 Watt
603 Watt
598 Watt
578 Watt
...
...
509 Watt (Al binnen 2 maanden na mijn Velomobiel hebben opgehaald en dit na nog geen 25x gefietst hebben in de afgelopen 10 jaar).

PS: Ik denk dat het niet realistische is. Een aanpak zou kunnen zijn, kijk of je 10% van het maximum bereikt en pas het dan aan met X %.
Is het misschien iets om met logaritmische schaal te gebruiken? Mocht het aantal bits de beperkende factor zijn.

[Tijanus]

Als je echt een maximaal sprintvermogen wilt hebben zul je iets hoger moeten gaan zitter.
Ter referentie: Zwift kent 'beloningen' voor 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 en 1200W piekvermogen in de sprint, wat dus als een redelijke range voor amateurs zou kunnen gelden. (Zij het niet noodzakelijk haalbaar voor de lichtere renners/rensters).

Ene Mark Cavendish is ook een klein mannetje en haalt ruim 1400W, Andre Greipel komt over de 2000W, maar de echte kanonnen komen uit het baanwielrennen, zoals deze meneer:

https://www.youtube.com/watch?v=S4O5voOCqAQ

...die komt tot 2500W piek!
Maar, zoals je ook in het filmpje kunt zien, een krachtige 'heuvel op' (dat is meer 'VO2-max' vermogen van een paar minuten dan 'piekvermogen' van 1-3 seconden) inspanning is lastig lang boven de 700W te houden, zelfs voor de Grote Meneren.
Dus de vraag is dan min of meer: wat moet er nog in je meetbereik vallen?

[JanBurp]

Ik ben benieuwd naar de electronica. Hoe ga je dit meten? Ben zelf bezig met het ontwikkelen van een fietscomputer en dit zou een mooie aanvulling kunnen zijn.

[Hardloper]

Zelfs met lopen ga ik over de 500 Watt piek belasting soms. Maar wanneer je de maximale belasting van 365Cycle neemt, dan zal je wel veilige zitten.

---

flink doortrappen na veel oefening 200 W, prof wielrenners 350 W, 

8 Nov 2023 - 10,76 km | 20:47 | 31,1 Km/u | TOTALE STIJGING 28 m | GEM. VERMOGEN 241 Watt
Andere kant op:
10,85 km | 19:06 | 34,1 Km/u |  GEM. VERMOGEN | 227 Watt

Dit is binnen een maand na ophalen VM. Dus ontkracht van flink doortrappen na veel oefening de 200 Watt. Ik ben een licht gewichtje. Dus ik denk dat iemand met mijn sportiviteit en paar KG meer toch wel tegen de 350 Watt kan trappen.

[365cycle]

...die komt tot 2500W piek!

Daar zit nog wel meer power in hoor. Ik weet dat er baansprinters zijn die (zeer kortstondig, 1-2 seconde) 3700W trappen, da's bij de toerentallen bij die snelheden ~400 Nm dus fors over de 2000 N. Ja, een mens kan meer koppel trappen dan de meeste motorblokken in auto's (maar helaas wel bij een veel lager toerental  ).

Ik weet ook dat er powermeters zijn die bij 2000W de pijp aan Maarten geven en gewoon niet meer registreren. Voor veel minder dan dat zou ik denk ik niet gaan als je inderdaad 60 km/h wil halen op een open ligger, want dan zal je een sprintje boven de 1000W waarschijnlijk prima gaan kunnen neerleggen

[HugoW1975]

Dank allen voor de input. Ik ga ermee rekenen.

Ik ben benieuwd naar de electronica. Hoe ga je dit meten? Ben zelf bezig met het ontwikkelen van een fietscomputer en dit zou een mooie aanvulling kunnen zijn.

In principe (heel erg versimpelt) wil ik het kettingtandwiel met rekstrippen aan de trapas maken. Een setje tanden op de trapas en een setje op het kettingtandwiel, elk met een sensor. Als er geen kracht gezet wordt lopen te pulsen gelijk, hoe meer kracht er gezet wordt, hoe meer de stripjes rekken, hoe groter het faseverschil tussen de twee pulstreinen. Het gemiddelde faseverschil per omwenteling geeft koppel, samen met het toerental geeft het vermogen. En beide sensoren zitten op het frame, niet met batterijen en bluetooth en meer van die zaken in de kruk. Het wordt nog wel iets complexer dan beschreven, maar dit is het principe.

Andere optie; bekabelde sensoren in de trappers. Die draaien immers niet rond hun as, die blijven ongeveer verticaal. Dus met wat verende kabelgeleiding zou dat ook kunnen. Maar da's niet leuk. Te simpel

Hugo

Hugo

[365cycle]

Behalve de bekabeling is dit volgens mij precies hoe vermogen metende trappers werken.

flink doortrappen na veel oefening 200 W, prof wielrenners 350 W, dus met veel kracht kort heuveltje op 500 W. 

Hoe zwaar ben je eigenlijk? Dat telt ook wel mee. Met veel en gerichte training kan je als man rekenen op 4W/kg duurvermogen. Vooraan rijdende profs zitten op of boven 6W/kg. Piekvermogen hangt sterk af van je spiersamenstelling.
Mijn vlotte ritje van vanochtend was 226W gemiddeld, 1140W piek.

[LigfietsWilsum]

In principe (heel erg versimpelt) wil ik het kettingtandwiel met rekstrippen aan de trapas maken. Een setje tanden op de trapas en een setje op het kettingtandwiel, elk met een sensor. Als er geen kracht gezet wordt lopen te pulsen gelijk, hoe meer kracht er gezet wordt, hoe meer de stripjes rekken, hoe groter het faseverschil tussen de twee pulstreinen. Het gemiddelde faseverschil per omwenteling geeft koppel, samen met het toerental geeft het vermogen. En beide sensoren zitten op het frame, niet met batterijen en bluetooth en meer van die zaken in de kruk. Het wordt nog wel iets complexer dan beschreven, maar dit is het principe.

Nou weet ik toch wel 't een en 't ander van elektrotechniek, maar bij mijn weten worden rekstrookjes in een Wheatstonebrug gebruikt, en geven deze middels de verandering van de weerstand een spanning af. Ik snap nog niet waar je die pulsen vandaan haalt, en waarom ze zouden vertragen.

[HugoW1975]

Met rekstrook bedoel ik een rekkend strookje. Niet de sensor. Sorry voor de verkeerde woordkeus.

[LigfietsWilsum]

Met rekstrook bedoel ik een rekkend strookje. Niet de sensor. Sorry voor de verkeerde woordkeus.

Maar hoe krijg je dan die vertraagde pulsen?

[HugoW1975]

Ik monteer één pulswiel (ik zal het woord tandwiel even voor het kettingwiel bewaren) op de trapas, met een sensor op het frame.
Ik monteer één pulswiel op het kettingwiel en het kettingwiel dus niet met de trapas, en een sensor op het frame.
Ik verbind die twee pulswielen met meerdere rekbare strookjes.

Als ik met de fiets van de grond te trapas draai, komt er nauwelijks kracht op de rekbare strookjes. De pulswielen lopen dan gelijk.
Als ik met de fiets heuveltje op rijd, dan komt er een grote kracht op de rekbare strookjes terwijl ik kracht zet. De pulsen van het pulswiel op het kettingtandwiel lopen dan achter op de pulsen van het pulswiel op de trapas. Als de trappers verticaal staan zal de kracht het grootste zijn, horizontaal (bijna) nul. Het gemiddelde moment per omwenteling gebruik ik dan met het toerental om vermogen te bepalen. Ik zie dan dus ook niet wat het piekvermogen was tijdens de trap, maar wel het gemiddeld vermogen per omwenteling. Da's voor mij genoeg.

Ik heb ook nog een variant met maar één sensor in mijn hoofd, maar die is nog lastiger uit te leggen. Het is voor mij dus een leuke vingeroefening, of het werkelijk wat wordt moeten we nog zien.

Hugo

[LigfietsWilsum]

Ah zo! Een mechanische oplossing, da's best wel creatief bedacht!

[HugoW1975]

Ach, eigenlijk net zo mechanisch als alle andere. Ik meet alleen de rek niet in de stripjes zelf (inderdaad, Wheatstone bridge) maar het gevolg van de rek ergens anders.

[JanBurp]

Interessant idee! Als ik het goed begrijp zit er dus wat 'speling' tussen de trapas en het kettingwiel dat opgevuld wordt met de strookjes? Lijkt me wel kwetsbaar. Of mis ik nog iets.

[HugoW1975]

Als het makkelijk was deed ik het zelf wel... Ohja, ik doe het zelf. Maar de constructie en materiaalkeuze wordt wel een uitdaging, ja. Ach ja, dat heet hobby.

[JanBurp]

ja, dat heet hobby.

;-)

[Jeroen S]

Volgens GCN zat Jeffrey Hoogland bij het breken van het kilometer record op de fiets aan een piekvermogen van 2700 watt. Dat lijkt me een veilige bovengrens.

Verder moet je er rekening mee houden dat de diameter van het kettingwiel kleiner is als de diameter van je pedaalcirkel. Daarmee bouw je een hefboom verhouding in, afhankelijk van het formaat van je kettingwiel en de cranklengte. Ik heb te weinig natuurkunde gehad om daar verder mee te kunnen rekenen.

Je kunt vrij makkelijk met 1 been je eigen lichaamsgewicht drukken, ik zou met iets meer rekenen.

[HugoW1975]

Even een plaatje van het idee. Hier zie je een trapas met tandwiel:

Normaal zitten op de rode punten boutjes. Als ik deze boutjes vervang door rubber buffers:

Dan heb ik al beweging tussen as en tandwiel, gerelateerd aan de trekkracht op de ketting. Alleen vind ik dit nog geen betrouwbare oplossing en de beweging van de delen is niet lineair met de kracht / het moment. Dat maakt de software ingewikkelder. Maar misschien ook nog wel te doen. Ik weet het nog niet. Het is mechanisch wel zeer eenvoudig. Met stijve rubbers een graad of 10-15 verdraaiing moet te doen zijn.

Hugo

[Merijn]

Die profs trappen inderdaad belachelijke vermogens weg. Ik heb ooit aan de fiets van baanwielrenner Theo Bos gemeten (vervormingen tijdens fietsen) en dat was een lomp zware carbon fiets, anders bleef het niet heel.  Piekkrachten ruim boven de 2000N, als ik me goed herinner. Ik zou me niet druk maken over die absurde piekvermogens die genoemd worden als je hem voor je zelf bouwt, tenzij je profwielrenner bent natuurlijk....

Je moet bij die koppelschatting vanuit het vermogen en v.v. een beetje uitkijken: het koppel is niet constant want, boven en onderin nul. Zodra je naar het vermogen kijkt over tijden van meer dan een seconde heb je dat al uitgemiddeld. Dat betekent dat je voor een goede vermogensmeting ook voldoende resolutie in koppel moet halen over de omwenteling van de crank. Ik ben wel benieuwd hoe je dat wil doen. Daarbij gaat het met 10-15 graad verdraaiing wel heel sponzig aanvoelen en gaat je meetmethode ook het fietsen veranderen. Ik zou het liever veel stijver maken, en zorgen dat je veel kleinere vervormingen kan meten.

Je zou je "pulswielen" ook kunnen uitvoeren als twee identieke ringen met gaatjes of nog liever gleufjes die je op elkaar legt. Als je dan  optisch meet krijg je een pulstrein waarvan de frequentie het instantane toerental geeft, en de dutycycle geeft het instantane koppel.

[Wim -de roetsende]

Je zou je "pulswielen" ook kunnen uitvoeren als twee identieke ringen met gaatjes of nog liever gleufjes die je op elkaar legt. Als je dan  optisch meet krijg je een pulstrein waarvan de frequentie het instantane toerental geeft, en de dutycycle geeft het instantane koppel.

Ik ben zo blij dat er hier anderen zijn die hier chocola van kunnen maken én daardoor inhoudelijk kunnen reageren.

Ik analyseer/bekijk liever het gedrag van honden, paarden en kinderen en verbind daar dan conclusies aan.

[melle z]

Ik analyseer/bekijk liever het gedrag van honden, paarden en kinderen en verbind daar dan conclusies aan.

Hoe kun je het vermogen van een ligfietser aflezen aan het gedrag van honden, paarden en kinderen?

[Wim -de roetsende]

Hoe kun je het vermogen van een ligfietser aflezen aan het gedrag van honden, paarden en kinderen?

Tja, dat is dus iets dat ik dan wel weer begrijp 

[HugoW1975]

Hoe kun je het vermogen van een ligfietser aflezen aan het gedrag van honden, paarden en kinderen?

Doppler effect. Als je genoeg vermogen levert, gaan de geluiden van de honden, paarden en kinderen die je net gepasseerd bent steeds lager klinken. Logisch, toch?

Even tussendoor; ik weet nog niets van fietsen qua onderdelen en merken en zo. Ik wil graag mijn idee ooit later gaan bouwen op mijn ligfiets (goh, ja, joh?) en die ziet er zo uit van voren:

Ik kan vanavond wel een beter plaatje schieten. Hoe weet ik wat voor onderdelen hier op passen? Ik wil dus graag een losse kettingtandwielhouder en een los tandwiel. Een beetje zoals deze al zijn, maar deze wil ik niet vernaggelen. Die moeten er terug op als het toch niet allemaal in één keer geheel vaudloos werkt. Dat gebeurt soms...

---

... Je zou je "pulswielen" ook kunnen uitvoeren als twee identieke ringen met gaatjes of nog liever gleufjes die je op elkaar legt. Als je dan  optisch meet krijg je een pulstrein waarvan de frequentie het instantane toerental geeft, en de dutycycle geeft het instantane koppel.

Dat lijkt inderdaad veel op het 1-sensor idee dat ik heb, een soort PWM signaal van maken.

Dank,

Hugo

[Merijn]

Alles wat je als beginner (en niet alleen als dat) zou willen weten staat op de site van de helaas overleden Sheldon Brown, gelukkig nog steeds in de lucht. De enige site die echt iedere fietsliefhebber nodig heeft:  https://www.sheldonbrown.com.
Maar als we toch bezig zijn, die van M-Gineering (Marten Gerritsen) is ook een aanrader: https://www.m-gineering.nl/techdex.htm

De as (en daarmee het crankstel) is een 10 tegen 1 een vierkante as:
https://www.sheldonbrown.com/harris/bottombrackets.html

Kettingring is een vijf-arm met denk ik 110 mm steekcirkel, maar dat moet je even nameten:
https://www.sheldonbrown.com/harris/chainrings.html

[melle z]

Doppler effect.

Logisch, dat ik daar niet aan gedacht heb!