Как найти мощность велосипедиста

Попробовал собрать в одной статье, сколько можно выиграть в мощности на смене компонентов велосипеда и снаряжения. Измеримо – в ваттах энергии при езде. Насколько на скорость велосипедиста влияют вес, покрышки, втулки, сумки? Написано после того, как я поехал на бревет 300 км не на шоссейном велосипеде, а на МТБ с широкими покрышками для грунта. И в результате проехал эти 300 км по асфальту на полтора часа быстрее своего же лучшего времени на шоссейнике. Это было неожиданно. И захотелось понять – почему?

Как и во всём остальном, в теме мощности при езде на велосипеде присутствуют радикальные группировки. Одна сторона в ответ на вопросы о том, как человеку что-либо улучшить в своем велосипеде, пишет «ноги качай» или «жрать меньше надо». Конечно, послать и попытаться продемонстрировать своё «превосходство» – довольно типично для интернетиков (по крайней, мере русских)… Но глупость тут в том, что это заявляется так, будто одно другому противоречит и стоит выбор — тренироваться или цепь смазать.
Другая крайность — это те люди, которые настолько увлечены “железками”, их характеристиками и обзорами, что возникают серьезные сомнения в том, что они вообще катаются.

Ну а в этой статье у меня  – грубые, но все же обоснованные прикидки где можно заметно выиграть по около-технический части на горном велосипеде, не сильно заморачиваясь. Скорость рассматриваю 30 км/ч – на которой я и ехалю. К каждой цифре дана ссылка на первоисточник. Кто хочет разобраться поподробнее – обращайтесь туда.

Вес

Про вес писать не хотел, но надо – именно этот параметр пытаются менять прежде всего. Ведь его очень легко измерить. Но в реальности вес оказывает намного меньшее значение, чем это кажется на интуитивном уровне!
Вот хорошая статья, посвященная влиянию веса на скорость – https://ridefar.info/bike/cycling-speed/weight/. Из нее следует, что для длительного заезда в гористой местности (рассматривается Transcontinental Race) уменьшение общего веса (то есть велосипедист + велосипед + снаряжение) на 5 килограмм дает прирост средней скорости всего в 0.41 км/ч. На плоских участках прирост и вовсе равен всего 0.1 км/ч! Ну а вес самого велосипеда по сравнению с весом ездока и весом снаряжения довольно мал, из него очень мало что можно убрать.
Так что облегчать велосипед на длительные заезды не оправдывает вложений – цифры говорят об этом совершенно однозначно.

Мощность велосипедиста

Для того, чтобы представить, что означают на практике показатели мощности, сначала надо определить, какую вообще мощность выдает велосипедист. А потом уже соизмерить это с тем, что можно выиграть на железках.
Вот статья, посвященная мощности велосипедиста –  www.roadbikerider.com/average-wattage-cycling. В ней подсчитано, что самый дохлый, но гонщик, весом 75 кг на интервале в час выдает 200 ватт.
Более подробная таблица мощностей гонщиков разного уровня на дистанциях разной длительности приведена здесь – https://datacranker.com/cycling-power-to-weight-ratio-calculator.
В таблице даны соотношения мощности к весу, и при пересчете из нее следует, что на продолжительной основе (более часа) выхлоп хорошо катающегося любителя – около 160-200 ватт. На более длительном заезде, очевидно, эти цифры будут куда меньше.

Теперь перейду к конкретным компонентам велосипеда.

Покрышки

Есть целый сайт, посвященный экспериментальным измерениям сопротивлению качению у самых разных покрышек – www.bicyclerollingresistance.com/mtb-reviews. Измерения проводятся на ровной поверхности специального аппарата.

Эксперименты показывают, что разница между “худшей” и “лучшей” покрышкой достигает 20 ватт на колесо. То есть 40 ватт на велосипед (четверть того, что вообще может выдать любитель)! При этом все тестируемые покрышки, понятно дело, относятся к хорошему уровню известных производителей. А что там в стоке на дешевых великах стоит?
Но самое интересное тут вот что: резина, которая стоит у меня сейчас на шоссейнике (Durano Plus на давлении в 7 бар) дает сопротивление в 20.7 ватт. А  та, что сейчас у меня же на байке (Race King Protection на 3 барах) – 16.8 ватт! Это я на своем конкретном примере. Но для меня это было открытием вот прямо при написании этого текста: неужели какие бы то ни было колёса шоссейника в принципе могут “жрать” на 8 ватт больше байка с жирными зубастыми покрыхами?!

Однако, физика все объясняет: накатистость покрышки при одинаковом давлении зависит от того, сколько материала деформируется, на какую величину, насколько этот материал податлив. Если резина гнется хуже (на более дешевых, а так же на более износостойких и защищенных от прокола) – сопротивление возрастает.
А еще вот что: при одинаковом давлении более широкие покрышки катят лучше, так как материал деформируется на меньшую величину (хотя, конечно, тут речь только про сопротивление качению, так как аэродинамического сопротивления более широкие покрышки дают больше).
Прошу заметить, что это всё только на ровной поверхности, а на неровной результат точно не измерить, и главную роль начинает играть баланс: на что больше уйдет энергии – на деформацию мягкой покрышки, или на подбрасывание всей массы велосипедиста вместе с велосипедом. Точно так же отдельную роль играет устойчивость к проколам – пускай антипрокольная защита ухудшает накат, но время потраченное на прокол может оказаться куда больше, чем выигрыш на накате.

Бескамерка

На том же сайте измерения показывают, что переход с покрышек с камерами на бескамерку дает 5 ватт на высоком давлении и 15 ватт на низком. Серьезные цифры! Источник: www.bicyclerollingresistance.com/specials/tubeless-latex-butyl-tubes А еще бескамерка позволяет поставить покрышки с меньшей защитой от проколов (полагаясь на то, что проколы заделает герметик), т.е. более накатистые.

Размер колес

Данные о разнице в накате у колес диаметром 26″ против 29″ немного варьируются. Т.е. 29″ всегда однозначно лучше катит, но насколько — не очень понятно.
Отталкиваться можно от этой статьи: www.mtbiking.com.au/how-to/bike-tech/29-vs-26-inch-wheels-is-bigger-really-betters. В ней кроме всего прочего указывается, что на подъеме на скорости 20 км/ч у найнера тратится на 7.9 ватта меньше, чем у 26-го размера колес. Поскольку зависимость от скорости должна быть линейная, можно считать 12 ватт разницы на 30кмч. Это на твердом — асфальт или «гравий». На неровном покрытии измерить накат нереально, а основной выигрыш найнера теоретически должен быть за счет более эффективного перекатывания через мелкие неровности, а не от просто качения. Рискну предположить, что в результате выигрыш от увеличения размера колес до 29″ должен быть сильно больше экспериментальных 12 ватт.

Втулки

Разница в сопротивлении между качественными втулками пренебрежимо мала, в пределах ватта (источник: http://blog.fairwheelbikes.com/reviews-and-testing/hub-review). Так что в плане наката большого смысла апгрейдиться на керамику нет. НО! Это если качественные втулки в хорошем состоянии. Если они уже поездили, туда что-то подзатекло, позаржавело, или там конусы перетянуты (очень частая картина на бюджетных байках в стоке!), то втулки могут сожрать огромное количество энергии! Ну и сколько жрут даже нормально настроенные дешманские втулки — никто не замерял.

Динамо втулка без нагрузки дает +0.5 ватта для SON, до +2 для Shimano. Со включенной фарой — 6-7 ватт. Не так уж много, зато светит. Источник: https://www.cyclingabout.com/dynamo-hub-drag-lab-testing/

Цепь

Разные цепи дают до 2 ватт разброса. Источник: https://cyclingtips.com/2019/12/the-best-bicycle-chain-durability-and-efficiency-tested.
А разница между разными смазками достигает 5 ватт. “Выиграла” цепь, особым образом вываренная в парафине. Есть энтузиасты, которые подобное делают дома в кастрюле на кухне, но далеко не все на такое готовы! К счастью, топовые смазки с “человеческим” способом нанесения не сильно отстают. Источник: https://www.ceramicspeed.com/media/3505/velonews-friction-facts-chain-lube-tests-combined.pdf
Но несмазанная цепь будет жрать намного больше! А если вместо смазки в цепи абразив, или если цепь подржавела в роликах… 15 ватт? 20?  

Лежак

На видео канала GCN (https://www.youtube.com/watch?v=hd0fXhDkH84&t=15m32s) с измерениями в аэро-туннеле (выглядит тостаточно достоверно, а не как обычно на этом канале – на уровне ощущения): лежак дает выигрыш 9 ватт на скорости 25 км/ч и 40 ватт на скорости 35 км/ч. Для моей условной скорости 30 км/ч получим выигрыш примерно 25 ватт.
Но это на шоссейнике! А на МТБ изначально гораздо менее аэродинамичная позиция. При этом если поставить на него лежак, то можно выставить положение так, что оно станет как на лежаке на шоссейнике. Так что можно предположить, что на 30 км/ч лежак на МТБ даст выигрыш в 40 с лишним ватт!
Конечно, на лежаке можно ехать не всегда… Но там, где аэродинамика имеет больше всего значения – обычно можно.

Одежда

Просто замена свободной майки на облегающую — и вы выигрываете 6 ватт! Источник: https://www.youtube.com/watch?v=Zo586Bt795I&t=3m50s
А ведь, бывает, едешь в куртке от дождя, которая болтается, не облегает, а еще и расстегнута, потому что жарко… Сколько она жрет — страшно даже представить!

Сумки

Влиянию более и менее аэродинамичного способа упаковки снаряжения посвящена статья https://www.cyclingabout.com/speed-difference-between-panniers-bikepacking-bags-aerodynamic-testing-results. Автор долго катался кругами с одним и тем же весом и постоянным выходом мощности (по датчику на педалях), но упакованным то в байкпакинг, то в ортлибы в разной комплектации, замеряя время в идентичных условиях и высчитывая среднее.
Получилось, что условные 100 километров с двумя задними ортлибами (что эквивалентно небольшим велоштанам) займут на 12 минут больше, чем то же, но с байкпакингом. По его прикидкам, использование ортлибов вместо байкпакинга аналогично добавлению 20 кг к общему грузу. И если пересчитать в ватты, то на 30 км/ч два отрлиба по сравнению с байкпакингом сжирает 13 ватт мощности. А на канале GCN в аэротрубе намеряли 20 ватт, но при скорости 40 км/ч, что примерно соответствует.

Итоги

Конечно, есть еще множество факторов, о которых я или не подумал, или их невозможно объективно измерить (например, мифическая “накатистая рама”). Кроме того, выбор конкретных компонентов и настройка велосипеда (удобство посадки, седла, руля) на дальних дистанциях серьезно сказывается на утомляемости – а значит, и самым непосредственным образом на выдаваемой ездоком мощности.

Но все же давайте просуммируем примерно то, что измерить можно:
– 40 ватт на выборе покрышек
– 5 ватт на установке бескамерки
– 40 ватт на установке лежака
– 10 ватт на одежде (просто снять куртку и штаны от дождя)

И вот уже получаем выигрыш в мощности на 95 ватт при планомерной пилёжке по шоссе. А ведь это половина той мощности, которую в принципе выдает велосипедист! А можно вытянуть и за сотню. Вот такой разброс!
А итог простой: “катящие” покрышки, лежак, обтягивающая одежда, качественные и хорошо обслуженные компоненты, оптимально выставленная посадка — и всё, МТБ валит по шоссе как шоссейник. Что я и ощутил на своем опыте.

Измерение мощности велосипедиста в последние годы становится всё более актуальным, так как помогает эффективнее тренироваться и добиваться высоких результатов без перенапряжений.
Технологии позволяют – велосипедисты используют.
Если кому интересно, то можете узнать, как происходили тренировки лет 50 назад. Тогда ведь не было великого множества компьютеров, датчиков и измерителей мощности.
Первые паверметры появились уже 1984 году (компания SRM) и были доступны только профессиональным спортсменам самого высокого уровня. Ситуация со временем изменилась и теперь технологией могут пользоваться даже любители.

Учитывая простоту конструкции, фактор ценообразования оставляет много загадок.
Впрочем, паверметры еще не являются таким-же распространенным товаром, как покрышки или цепи, посему стоимость их взвинчена до невероятных высот (в среднем около 1000$), да и потребности рынка не так уже велики, а значит мы упираемся в небольшие объемы производства, что тоже весьма заметно влияет на формирование стоимости продукта. Не будем о грустном.

Конструкции измерителей и их функционал могут быть самыми разными. Давайте разбираться со всем по порядку.

Между прочим, мы написали похожие статьи по поводу тормозов, амортизационных вилок, МТБ трансмиссий, шоссейных трансмиссий, контактных педалей и велокомпьютеров.

Что такое измеритель мощности?

Сначала давайте разберемся с понятием мощности.
Мощность — это энергия необходимая для перемещения массы на определенное расстояние за единицу времени, измеряется в Ваттах.
Для анализа мощности некоторые программы и приложения используют пройденное расстояние, скорость и некоторые другие параметры. Однако такие вычисления имеют очень большую погрешность, поэтому предпочтительным становится использование отдельного устройства.
Измерители мощности или паверметры позволяют снимать показатели мощности в режиме реального времени и сохранять данные для последующего анализа.

Продаются измерители мощности как с головным устройством, так и без него. Некоторые велокомпьютеры предполагают их подключение к себе через протоколы связи ANT+ или Bluetooth. 

Если немного углубиться в технические особенности паверметров, то они просто-напросто измеряют величину, на которую искривляется шатун или любой другой компонент, куда он встроен. Да, глазу искривление шатуна не видно, но точные приборы могут фиксировать эти величины.
По своей сути это точные весы, данные которых совмещаются с каденсом, углом наклона шатуна и другими параметрами, чтобы на выходе получить уже заветное значение мощности. Пример весов приведен не случайно, так как похожий принцип они и используют. Этот принцип заложен даже в системы взвешивания на больших подъемных кранах.

Общим и самым существенным недостатком любых конструкций является подверженность температурным колебаниям среды. Если велосипед и, к примеру, шатун, находился в квартире при температуре +25, а тренировка происходит на улице при температуре всего 5 градусов, то шатун изменит свою длину, тем самым внесет погрешность в измерения.
Производители стараются разрабатывать программное обеспечение для своих продуктов с учетом воздействия температуры, однако дополнительная калибровка, вероятнее всего, лишней не будет.

Зачем использовать измеритель мощности?

Применение измерителей мощности оправдано тем, что на тренировку и показатели времени на знакомом участке дороги может влиять направление и сила ветра, давление в покрышках… может влиять множество самых разных переменных. Устройство помогает отсеять всю лишнюю информацию и увидеть реальный показатель своей физической формы. Не важно с какой скоростью из-за ветра ты проедешь участок, важно, что выдашь на нем необходимый уровень мощности.

В качестве дорогой игрушки прибор подойдет, однако важно понимать, что для его обслуживания потребуются средства, ведь это точная и тонкая электроника, которая любит нежность и внимание.
С помощью измерителей мощности можно добиться высоких результатов за довольно короткие сроки, если ставить себе четкие цели; можно скрупулезно исследовать свои возможности и выявлять слабые места; можно грамотно и равномерно распределить нагрузку на соревнованиях, чтобы не выдыхаться раньше времени… возможностей много. Важно также понимать, что самостоятельные занятия могут не дать ожидаемого результата, есть смысл обратиться к профессионалам своего дела.

Современные тренеры профессиональных гонщиков считают паверметр самым эффективным инструментом, который позволяет очень точно отслеживать текущие успехи и вносить изменения в цикл тренировок.

До широкого распространения измерителей мощности велосипедистам приходилось полагаться на частоту сердечных сокращений. Но сердце не умеет реагировать на изменение нагрузки мгновенно, как это делает электроника. Да и суть тренировки не сводится к развитию способностей сердца, хотя и этот фактор тоже очень важен, суть тренировки сводится к наращиванию способности выдавать больше энергии.

Кроме того, устройство помогает существенно экономить время необходимое для тренировки. Ведь выдать целевую мощность можно просто мгновенно, и полагаясь на показания прибора поддерживать ее на необходимом уровне заданное количество времени.
Удерживать в необходимом ритме пульс и добиваться его повышения до нужного уровня не очень удобно из-за большей инерционности организма во времени.
И опять-таки, при разном пульсе показатель мощности может оставаться на одном уровне.  

Типы измерителей

Мы уже вкратце рассказали о принципе работы измерителей мощности. Он основан на изменении геометрических параметров предмета, на котором расположен датчик.
Нетрудно догадаться, что встроить систему можно не только в шатуны, а в любой элемент, который стоит на пути передачи энергии от ног к покрышке. Помнить важно о том, что прибору необходимо питание для работы и передачи данных к головному устройству, а также вес прибора должен быть минимальным, ведь располагается он на вращающихся элементах, что увеличивает массу маховика.
На типы устройства делятся по способу размещения: в шатунах, передних звездах, педалях, задней втулке и каретке.

Шатуны

Размещение в шатунах является самым распространенным. Большинство производителей, например SRM, Stages и Quarq идет по этому пути, так как придумывать новые конструкции нет необходимости, они встраиваются в стандартные системы путем некоторых доработок. 

Бюджетные варианты подразумевают расположение датчика в левом шатуне и опираются на данные, полученные только от одной ноги. Но опять-таки, точная калибровка на заводе позволяет снимать показания довольно точно. Как они с этим моментом разбираются не совсем понятно, но нам остается верить своим глазам. Ведь тесты показывают несущественные различия в показаниях мощности между разными способами размещения датчиков.

К шатунам можно отнести размещение датчика на ведущих звездах. Такое расположение позволяет измерять мощность двух ног одним датчиком, что повышает точность и снижает стоимость продукта. Хотя звезды имеют свойство изнашиваться и с этим моментом придется мириться.

Каретка

Кареточное размещение паверметра позволяет использовать старые стандарты посадки шатунов на квадрат или OctaLink Shimano.
Встречалась такая конструкция у компании Ergomo, и работала с собственным головным устройством, связь с которым осуществлялась с помощью проводов.
Похожее решение есть у компании Rotor и называется INpower, однако шатуны должны быть тоже от этого производителя, универсальность под сомнением.

Размещение датчиков измерителя мощности на оси каретки встречается ещё у компаний Easton/RaceFace.
Конструкция считается наиболее сложной, так как установка требует разборки большого количества элементов, однако такое размещение одновременно обеспечивает высокий уровень защиты от воздействий внешней среды.
  

Педали

Измерение мощности через педали является самым универсальным, так как дорогостоящий компонент можно запросто перекинуть на любой другой велосипед за считанные минуты. Для этого понадобится всего-навсего педальный ключ.
Обратной стороной является уязвимость. Ведь даже если на вашем велосипеде нет царапин нигде, они обязательно найдутся на педалях (ты же любишь прислонять велосипед педалью к стене или бордюру). Точная электроника не любит к себе такого отношения. Да и падения на работе прибора положительно вряд ли скажутся.

Самыми давними производителями такой разновидности паверметров являются Garmin Vector и Look Exakt.
Здесь тоже встречаются разновидности как с двумя, так и с одной педалью для измерений.

Задняя втулка

Расположение тонкой электроники в задней втулке, наверное, очень сложное занятие, ведь на рынке за почти 20 лет появился всего один производитель, который умеет это делать.
PowerTap предлагает к покупке или саму втулку, или всё колесо в сборе.
Считается, что такой способ является самым простым в контексте перестановки между велосипедами, ведь не требует даже гаечных ключей, как в случае с расположением датчиков в педалях.

Однако тренироваться тогда придется на гоночных колесах, а втулка внесёт свои ограничения, так как ее вес и применяемые подшипники выбирать уже не придётся. К тому же, на измерения может влиять степень загрязнения цепи.