基于可靠的数据采集之上,本文将提供明确的证据向您证明:基于SHIMANO曲柄组的双边测量功率设备的精度并不能达到制造商声称的精度水平。

那些基于SHIMANO牙盘的功率计,并不如您想像的那么精确-领骑网
Stages Cycling是第一个开发左曲柄应变片式功率计的厂家——维基百科Stages Cycling

SHIMANO(禧玛诺)铝合金曲柄组是许多功率计厂商在其产品中使用的基础单元。虽然SHIAMNO的曲柄组最初并不是为功率计设计的。但第三方(现在也包括SHIAMNO自己)成功地将应变仪安装到了左曲柄上(再将功率读数增加一倍),从而为骑自行车的人提供了一种成本更低的方式来测量其功率输出。

在这类左侧单边曲柄功率计获得市场认可后,几乎每家公司都开始通过在右侧添加相应的应变仪来推出双边功率产品。

从消费者的角度来看,喜闻乐见。这基本上是一种非常实惠(说“基本上”是因为单边的更便宜)的解决方案。不仅独立测量左右脚功率,还能给出很多数据指标,如总功率还有左右平衡。

从设计制造的角度来看就没那么美好了,获得右侧曲柄的读数一直是个挑战。因为右驱动侧曲柄的形状与左侧完全不同,并且Shimano将右侧的形状从 FC7900时代的五爪结构改为了相互之间间距更大的四爪结构(R8000和R9100)。这使得应变仪对右侧功率输出的测量更加困难。有可靠消息表明功率计厂商们为R8000和R9100曲柄单独设计了右侧应变模块。那些基于SHIMANO牙盘的功率计,并不如您想像的那么精确-领骑网

过去的一年里,我收集比较了来自7个厂家的基于SHIMANO 11速牙盘(R8000 / R9100)的功率数据。我也让很多车手使用这些设备进行了相同的测试。基于对这些数据的整理分析以及与应变式双边功率计厂商的工程师的核对和确认。我有理由给出我的结论——任何基于SHIMANO 11速牙盘(R8000 / R9100)的贴片式功率计的右侧数据都远无法达到厂商声称的精度。那些基于SHIMANO牙盘的功率计,并不如您想像的那么精确-领骑网

在过去的12个月里,我一直与这7家公司中的大部分保持联系。这些公司都没有对我的测试方案提出质疑,也没有对我给出的单侧左曲柄功率计和其他非基于SHIMANO牙盘的双边功率产品的读数和测试结果提出质疑。我向每家公司都提交了我的测试数据和报告,以供参考。我的最终目的是让消费者能够知晓他们在使用这些产品时可能遇到的问题,并助力市场上能出现更准确的功率产品。

基于应变片的曲柄式功率计理论上读数是可靠的:电池寿命,ANT +和蓝牙智能数据传输,主动温度补偿(一定程度上)这些技术都已经非常成熟。如果连这些技术瓶颈都还没突破,那我们就没必要谈论这个话题了。

数字踏频传感器也能提供精准可用的读数,以计算用户的输出功率(这些功率计计算功率需要获得精确的踏频读数)。当然,仍有一部分功率曲柄组需要借助实体磁铁测量踏频(根据我的经验,这种原始的设计反而反应更快数值更稳定)。虽然精准的踏频数值是准确计算输出功率时非常重要的一部分,但这并不是本篇我们要讨论的重点。

为什么制造出精准的功率计如此之难?

我们可以把自行车功率计简单理解成一个不断运动的体重秤。如果只是静止地站在浴室的秤上,那么很容易就能读出我们的体重。而自行车功率计不得不在各种环境中、在测量多个力矢量时,都保持相同的精度高速运动(旋转,振动等)。

以SHIMANO曲柄组为基础的功率计

SHIAMNO本质上是曲柄制造商,他们并不直接生产功率计。将这些曲柄组改造成功率计其实是一个后期的生产过程,通常是在两侧曲柄外表面粘贴应变片。Shimano的DuraAce R9100P功率计使用了与第三方功率计厂商相同的——生产后再增加应变模块的设计。但事实是,SHIAMNO从一开始就无法使用自家生产的曲柄组制造出足够精准的功率计。这就有问题了,有大问题!

参考资料:

– DCRainmaker DA9100P Review

– Bike Radar DA9100P Review (Ben Delaney)

– GPLama DA9100P Review

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FC-R6800曲柄内部

我与功率计设计师/工程师Keith Wakeham 进行过多次交流,我们在讨论以SHIAMNO曲柄为基本单元的功率计时,一致认为这一类型的功率计产品存在缺陷:右驱动侧的应变模块读数精度一直受曲柄不对称的设计、链条上下盘位置和力的耦合效应这些因素的影响。

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FC-9000曲柄内部

开始测试

关于实验测试标准:依据我的实验测试标准,我们可以得到非常高质量的数据结果。诚然这个测试标准绝对不是完美的,但是它已经成功地找出过功率计和室内骑行台制造商承认存在的(并且在某些情况下已解决)的问题。

–将功率计放置在房间中至少10分钟(消除温度影响)
–在Garmin Edge或Wahoo Elemnt装置上保存记录数据
– 禁用GPS,确定传感器与记录装置距离小于1米
–清洁链条
–选择ERG模式
–在同一时间对所有设备(如果适用)执行归零。
–骑行10分钟(初步热身)。
–停止骑行,对功率计和骑行台再次进行归零校准
– 10分钟稳态ERG  200W〜88-95rpm。自然/平稳踩踏。
– 10分钟稳态ERG  250W〜88-95rpm。如上,平稳自然地骑行
–离开车坐全力冲刺5-8秒
– 4分钟轻松踩踏
– ERG模式上下变换功率骑行,每20秒:150W / 350W / 150W / 350W / 150W / 450W / 150W / 450W / 150W。在此之间保持正常、平稳踩踏
– 冷却
–收集设备的所有数据(FIT格式),并上传到DCR Analyzer

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基于SHIAMNO曲柄的功率计(左侧)

从数据上来看,基于SHIAMNO左曲柄的功率计通常精度是在合理范围内的。我遇到过一些左曲柄功率计数据精度不达标的情况。有时候可以通过重新按照扭力安装一次曲柄(14Nm – Shimano指定的最大值)解决。还有一些我未列出的设备品牌确实存在一些问题:稳定性不佳,功率数值存在漂移。

当然,这些数据只是将一侧数据乘以二的结果。假设的是理想化的,双腿输出为50/50的情况。不过总的来说,基于SHIAMNO左曲柄的贴片式功率计提供的数据大部分是准确的。本次分析只基于左曲柄功率计。

基于SHIAMNO曲柄的功率计(右侧)

测试设备:

– Stages LR (x2) 
DuraAce R9100 (Gen 3) 1st Unit
DuraAce R9100 (Gen 3) 2nd Unit

– Pioneer (x3)
DuraAce R9100 (SGY-PM910H ANT+ only model)
DuraAce R9100 (SGY-PM930H ANT+/BLE model) 1st Unit
DuraAce R9100 (SGY-PM930H ANT+/BLE model) 2nd Unit

– 4iiii (x2)
DuraAce R9100 (PRECISION PRO)
Ultegra R8000 (PRECISION PRO)

– Giant 
Ultegra R8000 (Power Pro MY19)

– Shimano 
DuraAce R9100-P

– WatTeam PowerBeat
Ultegra R8000 G3 (*应变片位置与其他设备不同)

– XCadey 2XPower
Ultegra R8000

结果:

稳态250W ERG  

功率计:基于SHIAMNO曲柄的设备
ERG: 250W ERG模式的50%(125W)
其他:非基于SHIAMNO曲柄的设备(Assioma / P1 / Vector3)
右侧:指Shimano右侧读数

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350W & 450W ERG时差距更大。

在室内模拟模式或户外骑行时差异不明显。

在更大强度的骑行和户外骑行中都重现了我们总结出的问题。

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传动系统损耗会影响最终功率读数么?

不会,我们比较了踏板功率计和测试的曲柄功率计之间的差距,报告显示右侧曲柄的功率差异更加明显,另外我们还与室内骑行台的数据做了三次比较。

我们使用了何种设备比较?

多种来源:
– Favero Assioma DUO(双面踏板功率计,精度为±1%)
– PowerTap P1和P2(双面踏板功率计,精度为  ±1.5%)
– Garmin Vector 3(双面踏板功率计,精度为±1%)
– Tacx Neo / Neo 2(直驱智能
骑行台,精度为±1%)  – Wahoo Kickr / Kickr CORE(直驱智能骑行台,精度为±2%)

得出的基本公式:
双面功率计L + R =智能教练机功率≠Shimano曲柄功率计总功率。

例如。AssiomaDUO功率= Tacx Neo功率≠Shimano曲柄功率。

更具体地说,在室内和室外:功率计R≠Shimano右曲柄功率。

注意:这不包括踏板和曲柄之间发生的任何特定机械损耗以及智能骑行台功率测量点(实际上是后轮毂)处的传动系统损耗。但是,使用干净的传动套件测试时,测得的损耗绝不会如此之大(<2%)。仅从一侧看,右曲柄测得的功率与其他数据源相差10%。

我不能将所记录的差异归因于机械或动力传动系统的损失。

为什么没有检测到/报告/解决此问题? 

通常没有人会进行这种全面的功率设备横向比较。而且一般情况下我们无法得到如此详细的数据(基于成本考虑)。 4iiii委托科罗拉多博尔德大学对他们的三个Shimano R9100 LR曲柄功率计进行了精度测试。(基于在骑行台(非ERG模式)上的稳定骑行),他们并没有与其他类型的功率计进行对比,而且骑行节奏低于一般正常训练的骑行者的输出——只按照85的踏频稳定输出。他们对三台设备如此进行测试后汇集数据计算出平均值,得出了这个所谓1.58%的精度值。

从这些数据中我们发现250w输出时有时精度甚至飘到3.70%,等于9.7W的数值差异。但报告中完全没有提到左右曲柄的精度影响。

但4iiii的应变模块是没有问题的,因为同样对4根碳SRAM XX1曲柄的测试显示他们的平均精度达到了0.84%,在安装4iiii功率测量模块的FSA SL-K曲柄组上得出的数据也没有问题。

为什么没有其他媒体和测评人员对此进行报道?

我没有看到任何已发表的文章显示他们做过与我相同的测试。特别是需要长时间ERG锁定的精度测试。而且横向对比的功率器材必须是经过长期测定表现稳妥可靠的产品,比如AssiomaDUO / Tacx NEO / PowerTap P1

而且骑自行车的人很少在自己的车上重复安装多个双边曲柄功率计进行比较,深入分析这些数据并对比差异的人就更少了。当用户在公共论坛上询问有关功率计差异的问题时,通常会被视作“动力传动系统损失”或L / R不平衡。不幸的是,一些制造商只是笼统地用这些理由回复用户,而没有对每个问题进行全面分析。这不是动力传动系统或车手左右平衡失衡的问题。

英力士车队/职业车队:我的功率计读数没有问题

有时候产品厂商会向职业车队提供赞助产品,并且要付出更多成本(赞助资金)。不过职业车手并不会系统地对如此多的设备进行测试比较。因此这些肯定的言论不太值得推敲:您选择怎样的测试过程和方法?你如果科学如何记录和分析数据?。。。

对精度有要求的话,就不要考虑这类设备了。。。

在我的一系列测试中,SHIMANO曲柄组功率产品总功率都要略低一些。因为在踩踏中右边驱动侧的读数总是不那么准确,这一点在大量的平行对比中得到证实。因此,基于这些与其他可靠设备的对比,我有理由相信:任何基于SHIMANO曲柄组的双边功率设备都不够精准。

我拥有如上所述的双边功率计,这对我有影响么? 

有:
–如果您需要用到左/右平衡值数据。
–如果要比较多个功率计的数值。
–如果您拥有的功率计的类型不止一种(一种是基于Shimano的功率计,另一种不是基于Shimano的功率计)。

无:
–您不需要用到左/右平衡值数据。
–在所有的训练中您只使用这一款功率计。
–您不只拥有一个功率计。
–您不担心那百分之几的数据偏差

厂商对这件事的回应

总而言之,我欢迎各大厂商与我研讨这个问题。Shimano 曲柄组在改造成贴片式功率计后存在明显的(并且公认的)缺陷。

我知道,任何公司承认其产品的任何重大缺陷都不是件容易的事。我正在寻找一个合理的解释,说明为什么SHIMANO右驱动侧的数据会不准确–为何我无法找出任何一款此类的可靠的功率产品-最重要的是-是否存在一个可能的解决办法?

Shimano Australia:
–左右双边读数符合±2%精度要求。
–由于固件原因,目前这台设备的左右读数也许存在问题。
–我用4.0.7(2018年3月)的固件测试了R9100-P,SHIMANO认为这次固件更新可以解决精度问题。
–建议我更新至4.1.7(2019年2月)固件并重新测试。
–我我认为这次固件更新没有改善精度问题,并且推断,直到2019年2月,他们上市销售的功率计都不准确…!?

我会:继续采购另一台R9100-P并使用4.1.7进行重新测试。

4iiii:
– Shimano曲柄不对称和非均匀耦合效应的公认 问题。
–他们认为在固件和校准协议这些手段的支持下,完全可以达到宣称精度。
–他们认为我的骑行方式可能是造成ERG模式下数据存在异常的原因。(这并不能解释为什么我的在其他类型的功率计上没有出现此类问题,以及S.Lane博士的记录也显示基于Shimano的RIGHT曲柄功率偏低。测量结果与我的相似)。

我将会:继续与4iiii一起研究来自我的实验室的更多数据,并亲自提供更多功率数据。

Stages Cycling:
–一直以来Stages都非常注重左右平衡的精度。
–他们提到,在ERG模式,曲柄负载与户外骑行时的负载不同,这可能会导致差异。

我将会:继续与Stages合作,以及提供更多实验数据,并提供跟我我的骑行数据(包括基于Shimano和不基于Shimano功率计的数据)。

先锋:
–数据分析仍在进行中。待定。

Giant: 
–没有回应。待定。

WattTeam:
–不再营业。RIP。

XCadey:
–数据分析仍在进行中。待定。

本文来自GPLama LAMA实验室