量化表現科學訓練 自行車功率計的演進

0
518

作者:張斯閔、相子元

透過「功率」量化自行車表現,在現今的自行車競賽與訓練中看起來是件習以為常的事情,但在功率計出現前,功率數據並不像今天,透過自行車碼表或應用程式就能輕易取得;以往只能透過實驗室中的測功儀等儀器收取騎乘功率,雖然這樣的方式可以得到十分精確的功率數據,但這類型的實驗儀器往往費用高昂且不易使用,因此在移動式功率計問世前,功率數據並不像現在那麼容易取得。

德國公司SRM在1988年發展出第一套可在戶外使用的移動式功率測量產品,這樣的工具讓功率數據取得更加的容易,讓應用變得更為全面與多樣。1990年後移動式功率計被正式運用在自行車選手的訓練以及競賽上,這樣的發展也為現今的功率計產品與訓練奠定了量好的基礎;也因為如此,功率才能在自行車運動中扮演關鍵性的角色。

功率量測的原理

功率的量測是透過力量與速度進行計算,簡單來說就是將力量乘上速度或力矩乘上角速度 (P = τ × ω);依據這樣的計算原理,可以將功率量測方式分為三類,第一類是直接量測,第二類是間接量測,第三類是事後推算;三種功率量測方式各有優缺點,接下來將會對這三類功率量測方式進行詳細的介紹。

功率直接量測方式,透過應變規量測踩踏力量
功率直接量測方式,透過應變規量測踩踏力量

一、直接量測

目前最常見的功率計測量方式;主要透過大盤、曲柄及踏板上的感測元件,直接量測騎乘者的踩踏力量,以計算功率的輸出。直接量測最大的優點就是準確度高,同時也因為直接量測是最早被運用在功率計上的測量方式,而且是直接量測騎乘者的踩踏力量,大眾對其數據的接受度也普遍較高;雖然直接量測有技術發展成熟與數據準確等諸多的優勢,但仍然存在著使用上的限制,最主要的限制為必須更換原有配件,拆裝需要特殊工具與對自行車結構有相當程度的了解,因此非常不方便且不容易在多台自行車間更換。其次是硬體成本過高,雖然有越來越多的廠商投入功率計開發,因此讓功率計的價格有逐漸降低的趨勢,但整體價格仍然偏高,加上不方便拆裝更換,因此仍然不易普及。

以上為最常見的直接量測型功率計;透過大盤與踏板中的應變規,量測出踩踏力量以計算騎乘功率。
以上為最常見的直接量測型功率計;透過大盤與踏板中的應變規,量測出踩踏力量以計算騎乘功率。

二、間接量測

間接推算是近幾年才出現的功率測量方式,雖然發展時間相較於直接量測晚,但由於後續演算法的進步,使得間接量測的功率數據與直接量測的數據有很高的相關性,且資料傳輸的穩定性也不斷的提高,例如:PowerPod及Arofly可透過風阻與地面反作用力計算功率。Arofly主要透果地面反作用力來推算踩踏力量,因為地面反作用力的大小與踩踏力量具有非常高的相關性,只是方向相反,因此透過地面反作用力來推算出踩踏力量,再搭配慣性感測器的數據計算出功率輸出。方便性是間接推算具有最大的優勢,與直接量測相比,間接推算所需要的器材相對簡單,因此可以縮小器材的體積與降低重量,且較為容易拆裝,便於在不同自行車間進行更換。

胎壓變化與騎乘時的風阻是目前兩種間接推算功率的方式,透過胎壓推算踩踏力量或是風阻計算推進力,以推估當下騎乘功率。
胎壓變化與騎乘時的風阻是目前兩種間接推算功率的方式,透過胎壓推算踩踏力量或是風阻計算推進力,以推估當下騎乘功率。

三、事後推算

事後推算是利用使用者上傳的路線、速度、踏頻等各項騎乘參數,透過應用程式進行事後整理與大數據的分析,提供後續使用者騎乘功率的推算參數,例如:在相同的路線下,透過騎乘時間計算出騎乘速度,並利用騎乘速度比對功率大數據資料庫,提供使用者在這樣的騎乘速度下,功率的參考值。STRAVA是目前將大數據分析使用在自行車的最佳案例;由於STRAVA有眾多的自行車騎乘者使用,且軟體內部也建構完善的路線資訊,例如:距離、坡度等,因此可以透過使用者上傳的騎乘數據,加上事後演算法進行分析以及統計,建立使用者的騎乘狀況與模式。同時利用相同的路線但不同的騎乘時間,即可計算出騎乘速率;利用所有使用者上傳的路線、踏頻與速度,預估騎乘表現,例如:騎乘者的體重及騎乘速率,推算出平均功率,提供沒有功率計的騎乘者,了解自身騎乘狀況與表現。

上傳騎乘數據除了可以建構自身運動模組外,還能夠讓整體大數據資料更加完善。
上傳騎乘數據除了可以建構自身運動模組外,還能夠讓整體大數據資料更加完善。

功率計的發展

未來發展可分為硬體、軟體兩大類;硬體方面,製造技術的提升與更多的廠商投入功率計市場,價格會持續降低,而且不同量測技術的出現,例如:間接量測以及事後推算,也提供了準確與穩定的功率數據,讓消費者的選擇不再侷限於傳統的直接量測型功率計,這樣的發展趨勢會讓未來功率數據的取得更為方便。

軟體方面,除了現今自行車錶所提供的功率參數外,在未來的發展上應會朝向如何提供更為全面的訓練參數以及騎乘技術參數,透過功率計的普及可以蒐集到更多的騎乘參數,透過後續的資料處理與統計分析,找出更為新穎的訓練指標,或發展出判斷騎乘技術的方法,以提供騎乘者更為全面的功率參數,讓功率不僅只有自行車錶上的數據,而是可以提供更為全面且精確的進階指標,讓騎乘者更加明確的瞭解自身的騎乘狀況。

內容來源:運動科學網

【延伸閱讀】

疫情時代的新演變 2021 年全球健身趨勢

上半身有練到 利用爆發伏地挺身測量上肢最大肌力

SHARE
Previous article透過羽球重拾笑容 立志成為身障羽球球后的Satomi Sarina
Next article跑步後會手腫嗎?錯誤補水策略可能讓你更不舒服
運動科學網
在國立台灣師範大學的實驗室裡,一群由相子元教授帶領的研究團隊正全心投入運動科學研究,和你一樣對未知的領域充滿探索熱忱。 面對運動科學興起的熱潮,許多人想瞭解正確的運動資訊卻不知道從何下手? 運動科學網持續更新經過科學驗證的運動知識與運動觀點。不論是創新產品、研究結果,甚至是專業理論,我們都會轉譯成簡單易懂的文字,讓讀者利用最短的時間瞭解運動的最新趨勢。 為了讓健康的運動觀念進入日常生活,我們創立了運動科學網;為了讓正確的運動知識提升生活品質,我們創立了運動科學網,我們致力於運動科學的研究,希望這些努力不僅僅侷限於學術領域中,而是讓熱愛運動的普羅大眾更健康快樂地運動。