zondag 26 maart 2017

IntelliPower, de vermogensmeter voor de Intellifiets deel 1

Gezin , werk, sociale verplichtingen, piano spelen, bijhouden wat er in de wereld gebeurt etc. leggen beslag op vrijwel al mijn beschikbare tijd. Fietsen kan ik combineren met woon-werkverkeer, dat scheelt al weer. Hobbyplannen heb ik genoeg, alleen tijd niet. Een van mijn grootste wensen is om een vermogensmeter te maken voor de fiets. Als ik slim zou zijn, zou ik die gewoon kopen. Klaar.
Maar zo zit ik niet in mekaar. Ik zie er een uitdaging in om het zelf te maken, gewoon omdat het kan en omdat ik het de pak'm beet 600 euro niet waard vind. Het ontwerpen en bouwen zelf is eigenlijk leuker dan het bezit en gebruik straks. Als ik heb aangetoond dat het werkt, dan is de lol er eigenlijk wel vanaf. Hopelijk kan ik me genoeg motiveren om het ook echt af te maken, inclusief een behuizing. Uiteindelijk ben ik een techneut die wil weten hoe hard ik fiets en welk vermogen ik daarvoor nodig heb zodat ik mijn fiets kan optimaliseren om met mijn tamelijk modale vermogen zo hard mogelijk te gaan. Top 10 bij de één-uurs race op Cycle Vision is een ambitieus maar mooi streven.

Genoeg inleiding. Wat gaan we bouwen? Eigenlijk is het heel simpel. Op de cranks komen rekstrookjes die de verbuiging van de crank meten. Die verbuiging mag je lineair veronderstellen. Bij een x keer zo grote kracht verbuigt de crank ook x keer meer. Rekstrookjes bestaan uit een folie met daarop een flinterdun koperpatroon: één lange verbinding die een aantal keer is opgevouwen om de lengte zo groot te maken. Bij uitrekken wordt de elektrische weerstand een fractie groter. Veel digitale weegschalen werken ook op dit principe. In feite bouw ik ook een weegschaal. Bij een weegschaal doet de zwaartekracht het werk, in mijn geval de kracht die ik via de pedalen op de cranks uitoefen. Kalibreren doe ik wel als weegschaal, ik hang een bekend gewicht aan de pedaal-as met de crank in horizontale positie. Weet je massa (in kg), dan weet je de kracht in Newton:
F = m * g
De valversnelling g = 9,81 m/s2. Ik verwacht dat een nauwkeurigheid van 1 à 2 procent haalbaar moet zijn.

rekstrookje, gevoelig voor uitrekken in verticale richting, breedte is ca 5 mm


De trapkracht kun je ontbinden in twee krachten, een haaks op de crank en een in de lengteas van de crank. Die laatste is niet interessant, daar ga je niet harder van fietsen en die zal de rekstrookjes niet doen verbuigen. Maar de loodrechte versie is de kracht waar het om gaat en die zorgt er ook voor dat de crank verbuigt. Het pedaal maakt een cirkelbeweging, maar als we maar een klein stukje van die cirkel bekijken, dan is de afgelegde weg tijdens dat kleine stukje vrijwel recht, die vereenvoudiging vergemakkelijkt de berekening.
De elektronica meet de kracht op de crank minimaal 80 keer per seconde. Bij 120 toeren per minuut, dus 2 toeren per seconde, wordt één omwenteling dus in 40 stappen gemeten. De bedoeling is overigens om op de als maximum gespecificeerde snelheid van 145 metingen per seconde te meten. Bij 110 omwentelingen per minuut heb je dan 80 meetpunten. Dat moet genoeg zijn voor een betrouwbare meting zou je denken. Hopelijk werkt de meetchip dan nog voldoende nauwkeurig.

De rekstrookjes worden op de crank gelijmd, twee boven en twee onder in een zogenaamde brug van Wheatstone configuratie. Dat is een meetmethode waarbij je in rust nul meet en bij een kleine verstoring van het evenwicht meteen een afwijking van nul. Het werkt beter naarmate de 4 rekstrookjes gelijke eigenschappen hebben en vooral ook dezelfde temperatuur hebben.

rekstrookjes op de crank van een andere zelfbouwer


Alle onderdelen, behalve de rekstrookjes natuurlijk, komen op een pcb, dat is het rode plaatje op de foto. Het is overigens allemaal echt goud wat er blinkt, al is het laagje goud wel erg dun, 0.075 micrometer. De pcb bestaat uit 4 lagen, de binnenste 2 lagen zijn uiteraard niet zichtbaar. De totale dikte is 1 mm. De meeste onderdelen heb ik nog liggen van andere projecten. In totaal moeten er zo'n 60 onderdelen een plekje vinden. De componenten aan de onderzijde zijn overigens niet nodig, die zitten erop om een totaal ander apparaat te kunnen maken met dezelfde printplaat. Kosten (en werk) delen dus.

accu, rekstrookjes en de printplaat (voor- en achterzijde)
De IntelliPower, zo gaat hij heten, kan werken op een kleine LiPo cel, maar ook een USB aansluiting is voorzien. Ten eerste om de accu op te laden, maar ook communicatie of een software update kan via de USB poort. Omdat je crank rond draait, moet je wel draadloos de informatie verzenden en moet de accu ook meedraaien. Rechtsonder op de pcb zie je een zigzag spoortje, dat is de antenne. De frequentie waarop het werkt is 2.4 GHz. Ik kan nog kiezen welke draadloze standaard ik ga gebruiken. Erg handig is ANT+, daar werken al veel powermeters mee. Mijn Garmin kan overweg met ANT+ en dan komt de data als vanzelf in alle tools die daarvoor bedoeld zijn zoals Strava. Een andere mogelijkheid is Bluetooth Low Energy (BLE), die standaard zit tegenwoordig op bijna elke telefoon. Misschien is het zelfs mogelijk om beiden te combineren. Het voordeel van BLE is dat je veel meer data kunt verzenden, zo kun je bijvoorbeeld beide cranks onafhankelijk van elkaar uitlezen en kun je links/rechts balans in kaart brengen. Temperatuur, toerental, accuspanning worden ook gemeten en kun je dus ook doorgeven. Mogelijk kan ik ook trillingen meten en daar iets mee doen, denk aan wegdek beoordeling. Ook een impactmeter/logger zou kunnen, mocht ik een ongeval krijgen. Verder zou de fiets af en toe een berichtje de wereld in kunnen slingeren via iBeacon (Apple) of Eddystone (Google). Daar kun je weer heel veel toepassingen bij verzinnen zoals anti-diefstal of automatisch naar een website geleid worden op je mobieltje.

De technische documentatie komt ook online, maar dat zal via een andere pagina verlopen. Waarschijnlijk ga ik dat in het Engels schrijven. In principe kan iedereen het nabouwen, maar vooralsnog valt er nog niet zo veel te meten, alle software moet nog worden geschreven. Wel heb ik enkele tientallen printplaten, mogelijk dat ik die tzt in de verkoop doe. De speciale componenten zoals de rekstrookjes en de accu komen van Aliexpress. De totale kosten zijn enkele tientallen euro's per pcb. In principe kun je met één toe als je de meetwaarde verdubbeld, maar ik wil er twee inbouwen. Een tipje van de sluier voor de diehard techneuten onder ons: nRF52832, HX711, BF350, 3.7V/150mAhr LiPo.

Links voor zelfbouw ideeën:
http://edge.rit.edu/edge/P16214/public/Subsystem%20Design
https://hackaday.com/2016/04/03/bike-power-meter-with-crank-mounted-wifi-strain-gauges/
https://hackaday.io/project/10530-espeedo-an-esp8266-bicycle-power-sensor
http://keithhack.blogspot.nl/2013/01/v3power-meterthe-complete-how-to.html

De meeste zelfbouwers maken "knutsels" op basis van bestaande printplaatjes. Vaak moeten er dan twee of drie gecombineerd worden. Ik ga voor een meer professionele benadering die weliswaar iets duurder is, maar uiteindelijk ook meer bevrediging geeft. Vooralsnog heb ik er zes nodig, voor mijn DF, racefiets en mtb. En daarnaast nog wat voor de meer zakelijke toepassingen. Daar hoeven geen rekstrookjes op.

Last but not least, de uitslag van de grote piep-piep-piep-prijsvraag:
De topsnelheid was 59.5 km/u, tijdens de afdaling van de brug naar Kesteren. Je ziet de schakelmomenten en dat ik vrij snel hard in de remmen moest knijpen.
Op de derde plaats: Paul (Mooi Geel Is Niet Lelijk) met 52.2 km/u
Tweede plaats: Roef (Toerkanjer) met 53.2 km/u
De winnaar van de eeuwige roem: Johannes (iFiets) met 57,4 km/u. Bij deze gelijk een promotie voor je blog: ifiets.blogspot.nl

De piepjes van de brug bij Kesteren in een grafiek uitgezet

zaterdag 11 februari 2017

Taiwan

Even geen ligfietsbericht, maar een bericht uit Taiwan. Komen overigens heel veel fietsen vandaan zoals Giant en Merida en vele frames voor westerse merken. Voor mijn werk ben ik ruim een week in Taiwan. De keuring van de apparatuur die wij maken is hier een stuk goedkoper dan in Europa. Daarnaast was er tijd in het lab beschikbaar en bij het keuringshuis in Duitsland waar ik laatst was, kon ik nog weken wachten tot ik aan de beurt was. Dus, tijd om het nuttige met het aangename te verenigen, op naar Taiwan!

Mijn eerste gedacht aan Taiwan was: warm land. De weersvoorspellingen hielden het op ca 20 graden, dus de winterkleding kon thuis blijven. Nou helaas, het is hier steenkoud met 9 graden en een guur windje. Zit je dan met je zomerjasje en geen warme trui. Even iets kopen valt ook niet mee als je anderhalve kop groter bent dan de Taiwanees. Verwarming kennen ze hier niet, wel airco, in de zomer wordt het hier 40 graden.
Dit eiland is bijna net zo groot als Nederland, alleen is ca 60% bos en bergen en wonen er 23 miljoen mensen voornamelijk in de westelijke kuststrook. Hoezo is Nederland vol?
Ik zit in Taipei, de grootste stad van het land, helemaal in het noorden van het land. Het is een geweldige stad om een weekje door te brengen. Je bent letterlijk in een andere wereld met andere mensen, andere talen, ander schrift, ander eten en andere religies. Alleen het weer is echt guur Hollands winterweer. Voel ik me toch een beetje thuis.

Ik heb vandaag de toerist uitgehangen. Begonnen met een rondleiding door een gids (tourmeaway.com, aanrader!) waar een man of 20 op af kwam. Leuk initiatief van studenten. Er deden zelfs inwoners van Taipei mee. Goed vertegenwoordigd waren ook de Filipijnen, voor hun is het vergelijkbaar met zeg maar een weekendje Londen of Berlijn. Onderweg diverse tempels bekeken, bijzondere winkels en huizen die door de Japanners zijn gebouwd in de toen in Japan populaire Europese stijl. Grappige details die je anders nooit gezien zou hebben.
Taiwan viert dit weekend het staartje van de Chinese nieuwjaarsfeesten, het Lantern Festival. Vooral heel veel lampionnen en lichtjes. Er is ook een soort carnavalsoptocht. Ik zag diverse wagens klaar staan, maar vond het niet bijzonder genoeg om daar voor 's avonds terug te komen.

Het hele leven lijkt hier te draaien om eten, enorm veel straatverkoop van maaltijden en snacks. De Taiwanees kookt zelf nauwelijks maar koopt het op straat. Er zijn speciale night markets waar je heel veel eetspecialiteiten bij elkaar hebt en daarnaast de gebruikelijke verkoop van prullaria. Alles wordt vers bereid, kost niet veel, maar het is er vreselijk druk. Ben blij dat mijn kop boven die drukje uitsteekt. Schept ook iets meer afstand tot de "stinky tofu", met afstand het minst aantrekkelijk riekende voedsel. Ik heb ook regelmatig soep aangeboden gekregen bij het eten, maar na een paar keer pas ik daarvoor. Het is een soort homeopathisch verdunde bouillon, waar dus kraak noch smaak aan zit. Soms worden de noedels ook in een bak soep geserveerd. Probeer die glibberige dingen er dan maar eens uit te vissen met alleen maar twee stokjes! Ik zag overigens verschillende locals die zelf een vork meenemen, dat ga ik ook doen als ik nog eens naar het verre Oosten ga.

Een tempel, je vindt ze overal in de stad

heel veel lichtjes...

een kleine tempel tussen/voor de huizen
het jaar van de haan volgens de Chinese kalender

plein bij de Chiang Kai-Shek Memorial Hall

hier was het allemaal om te doen, metingen in een soort dode kamer voor radiogolven

zaterdag 3 december 2016

De grote piep piep piep prijsvraag

Nee, er zit geen raar piepje of kraakje in mijn fiets. Nou ja, eigenlijk ook weer wel.
In mijn zoektocht naar de verdeling tussen rolweerstand en luchtweerstand ben ik mijn uitroltest aan het verbeteren. Ik heb nu de magneetsensor van de kilometerteller gebruikt om een piepje te maken bij elk contact. Een simpel stukje elektronica maakt een pieptoontje zolang de sensor contact maakt. Een defecte koptelefoon van mijn telefoon sloop ik en ik sluit de pieptoon aan op het contact van de microfoon. Die gaat vervolgens mijn telefoon in, zo heb ik geen last van de achtergrondgeluiden.

Op met telefoon zit standaard het programma "geluidsrecorder", daar kan ik de piepjes mee opnemen. Vervolgens zet ik het opgenomen bestand op de pc. De eerste keer had mijn telefoon er een amr bestand van gemaakt. Nog nooit van gehoord, maar het is via een website eenvoudig om te zetten naar een wav bestand waar ik wel iets mee kan. Het bestand is wel meteen 10 keer groter!
De tweede keer neem ik direct op in wav. Nu krijg ik echter een mega bestand van ruim 21 MB voor nog geen twee minuten piepjes. Ook dit bestand laat zich online echter weer prima converteren naar een wav bestand met 8000 samples per seconde. Ieder sample is maar 8 bits. De resulterende file is nu nog maar 890 KB groot.

Ik heb met een Matlab-achtig programma (scilab) de wav file ingelezen en de pulsjes gedetecteerd. Het resultaat is de volgende grafiek:

Er zitten bij hogere snelheid wat rare piekjes in de grafiek, maar die zitten ook echt in de brondata. Vermoedelijk reageert de sensor niet altijd hetzelfde of beweegt het wiel iets zijwaarts? Het gaat om meerdere duizendsten van seconden variatie. De ene keer duurt het blijkbaar langer voordat het contact aan gaat dan de andere keer. Valt in principe wel weg te filteren.
Uit de grafiek blijkt ook dat het parcours niet helemaal lekker is, er zitten een paar deuken in en waarschijnlijk is het niet helemaal vlak. Ik ga hier ook niet verder meer aan rekenen, het ging me in eerste instantie even om te kijken of de nieuwe snelheidsopnamemethode werkt. Wie in de buurt van Malden een mooie rechte, vlakke weg weet van minimaal 1500 meter lengte mag het zeggen! Liefst met een afdalinkje bij de start om een hoge snelheid te halen.

En dan nu de prijsvraag:
Ik heb een andere opname gemaakt. Mijn vraag is: wat is de topsnelheid. Reken maar met een wielomtrek van 1.45 meter. Diegene met de beste schatting (in km/u, met één cijfer achter de komma) heeft gewonnen. Prijs is eeuwige roem en een eervolle vermelding in een volgende blogpost. Dus kom maar op.

Hier is de opname, veel luisterplezier!

https://dl.dropboxusercontent.com/u/34760882/recording20161202182917_converted.wav



zaterdag 12 november 2016

bliksembezoek aan China

De bestemming van de reis, Shenzhen

Ik ben deze week drie dagen in China geweest voor het werk. Geland in Hongkong, daarna met een zeer snelle veerboot naar het vasteland van China, naar Shenzhen. Dat is een megastad die nog steeds in aanbouw is. Alleen aan de Chinese teksten zie je dat je in China bent, het zou net zo goed in Amerika kunnen zijn. Je ziet er geen armoede, allemaal moderne westerse auto's en heel veel torenhoge flats. Deels woonfabrieken, deel kantoren. Als je om je heen kijkt zie je de ene na de andere wolkenkrabber in aanbouw. Overal staan hijskranen bovenop. In één oogopslag zie je er werkelijk tientallen.

Het bedrijf waar ik te gast was, was zo te zien een keurig bedrijf. Uiterst professioneel met westerse apparatuur. Kinderarbeid lijkt me uitgesloten: een flink deel van de beroepsbevolking is nog jong en woont alleen door de weeks in de stad of zelf op het kantoor. Ik denk dat er sowieso weinig kinderen wonen in deze stad. De stad is vanaf 1980 in een kleine 30 jaar tijd gegroeid van 30.000 inwoners naar 12 miljoen. Je kunt veel van de Chinezen zeggen, maar lange-termijn plannen maken en dan ook uitvoeren, dat kunnen ze als geen ander. Iets van die daadkracht missen we in ons polderland wel. Hier doen we tientallen jaren over de aanleg van een stukje snelweg.

Eten in China is ook een belevenis. In een beetje restaurant ga je met je gezelschap in een eigen kamer zitten. Zo'n kamer heeft één of meerdere tafels, een eigen keukentje en een eigen toilet. Bijzonder is dat de tafels rond zijn en zijn voorzien van een groot draaiplateau midden op tafel. De gerechten worden in schalen op dat plateau gezet en iedereen kan zelf opscheppen. Steeds weer nieuwe gerechten worden aangevoerd totdat niemand meer eet. Het is niet de bedoeling dat je alles op eet, dan heeft de gastheer (of -vrouw) blijkbaar de weinig eten voor je gemaakt. Het opscheppen en eten met stokjes is lastig voor westerse kneuzen. Er is ook wel normaal bestek beschikbaar, maar hé, we zijn in China, we laten ons niet kennen. Het eten smaakt prima, maar vermoedelijk hebben ze ons niet het meest moeilijke eten voorgeschoteld. We zagen wel het menuboek, een enorm dik en zwaar fotoboek met de meest bijzondere gerechten. Dieren krijg je in hun geheel opgediend, dus met kop en staart. De wormen heb ik maar niet gekozen. Opvallend is dat je in het restaurant langs de aquaria loopt waarin je menu rondzwemt. Verser kan niet.

hulp bij het kiezen van het menu

De taal is natuurlijk een drama voor westerlingen. Het is echter opvallend hoeveel Chinese jongeren er zijn die heel behoorlijk Engels spreken. Hun uitspraak is soms wat wennen, maar de woordenschat is prima. Mijn Chinees gaat niet veel verder dan de getallen een tot en met zes en dank je wel (xièxie).

Qua reis was het voor mij een drama. Ik vertrok zondag rond lunchtijd van Schiphol ('s ochtends al erg vroeg wakker), je komt na 11 uur vliegen 's ochtends vroeg aan en dan moet je je door die hele lange dag worstelen. In het vliegtuig nagenoeg niet geslapen, je zit immers in je dag-ritme. Dan lange dagen praten met klanten. De dag van vertrek ben ik al ziek. Mijn zere keel van de dag ervoor is nu uitgemond in koorts. Ik worstel me weer door de dag. Rond middernacht gaat onze vlucht terug. Ditmaal duurt de vlucht 13 uur en slaap ik gelukkig als een blok (of liever gezegd, heel veel korte blokjes). 's Ochtends heel vroeg komen we in Amsterdam aan, nog steeds niet lekker in orde. Op weg naar huis parkeer ik na een halfuurtje even bij een tankstation om een halfuurtje te slapen. Daarna kom ik veilig thuis en kruip meteen weer mijn bed in. Weer slaap ik urenlang tot halverwege de middag. Ook de dag erna (vrijdag) ben ik nog ziek. Hakt erin, zo'n reisje! Vandaag (zaterdag) is de koorts weg en ben ik duidelijk aan de beterende hand.

Wat is nu de link met ligfietsen? Tja, eigenlijk geen. Ik wilde mijn eigen blog bekijken om te zien of er reacties waren op mijn laatste bericht. Helaas, blogspot komt niet door de Chinese great firewall. Ook google "doet" het niet, dus ook geen gmail en maps. Bing van Microsoft overigens wel, maar die gebruik ik eigenlijk nooit. Whatsapp werkt sinds enige tijd wel in China, daar zitten ook aardig wat gebruikers op, maar het Chinese WeChat is groter. Veel sites geven in eerste instantie geen response, soms komt dat een paar minuten later toch nog. Misschien zit er een Chinees mee te kijken en denk, ach, die buitenlander, kan geen kwaad?

Shenzhen is geen stad om per ligfiets te doen. Je ziet er sowieso weinig fietsers. Het verkeer is de hele dag door druk, er zijn geen fietspaden en automobilisten doen continu een wedstrijdje om van baan de wisselen in een file of om in- of uit te voegen. Diegene die het laatst knippert met zijn ogen wint. Hier geldt het recht van de sterkste. Voetgangers staan onderaan de ladder, als velonaut zul je niet veel hoger staan, je gaat het hier op de weg niet redden. Nog afgezien van de gezondheidsrisico's met de luchtvervuiling. De smogdeken is goed te zien.
Wat wel zou kunnen is om hier productie te doen van de velomobielen. Ze draaien er hun hand niet voor om en kunnen absoluut goede kwaliteit produceren, als je maar de juiste partner weet te vinden. Maar dan moet je wel denken aan tientallen velomobielen per week, niet tientallen per jaar. Een Chinese velomobiel zou nog niet de helft kosten van wat we nu betalen, ondanks de hoge transportkosten. China gaat voor de grote sprong voorwaarts, met kleine stapjes, maar wel heel veel kleine stapjes tegelijkertijd.

Ik hoop er nog eens terug te komen!

dinsdag 1 november 2016

Rekenen aan een uitrolproef

In een vorige bericht ontstond wat discussie over bij welke snelheid de luchtweerstand groter wordt dan de rolweerstand plus aandrijvingsverliezen.
Hoewel niet mijn vakgebied, wil ik toch een poging wagen er wat wetenschappelijker naar te kijken en er een meting aan te doen.

Als we met een constante snelheid te fietsen, zijn er netto geen krachten in het spel volgens de eerste wet van Newton. De aandrijfkracht (F) is dan gelijk aan de krachten die we aan de verlieskant kennen: aandrijfverliezen (Fa), rolweerstand (Frol) en luchtweerstand (Flucht).

F = Fa + Frol + Flucht

De aandrijfverliezen en de rolweerstand zijn constante krachten, luchtweerstand is evenredig met de snelheid in het kwadraat.
In formulevorm:

Frol = c1
Flucht = c2 * v2

Dit zijn erg versimpelde vergelijkingen. In de constante c1 zitten onder andere de rol-eigenschappen van de band, de druk in de band en het gewicht dat drukt op de band. In de constante c2 zitten onder andere luchtdichtheid en frontaal oppervlak.

Om een en ander goed te kunnen meten, moet je het geleverde vermogen kunnen meten. Dat kan met een powermeter in je fiets. Een goede maar peperdure oplossing is een SRM meter. Een budgetoplossing (minder dan 100 euro) is er gewoonweg niet. Ga ik nog wel maken, maar daarover een andere keer. Wat wel een stuk eenvoudiger kan, is een uitrolproef. We meten dan weliswaar niet de aandrijfverliezen, maar rolweerstand en luchtweerstand zijn in theorie wel af te leiden.

Stel we rijden 50 km/u en laten ons uitrollen op een vlakke weg, met windstil weer.
De krachten die op de totale massa m (fiets + berijder) werken zijn Frol + Flucht. We ondervinden dan een versnelling a volgens de tweede wet van Newton: F = m * a. De versnelling zal een vertraging zijn, maar dat is rekenkundig slechts een minteken. Tijdens het uitrollen kunnen we tijd en afstand (of snelheid) precies bijhouden. Versnelling is hoeveel de snelheid per seconde verandert. We kunnen nu voor een willekeurig moment tijdens het uitrollen de versnelling a bepalen. Massa m is constant, dus we weten de totale kracht F. Nu nog uitzoeken hoe het te verdelen over Frol en Flucht. Omdat we ook snelheid v weten, houden we alleen de twee constanten over. We moeten dus twee meetwaarden gebruiken en vinden dan beide constanten. Door meerdere meetwaarden te gebruiken, kunnen we wat meetruis wegmiddelen en kunnen we een grafiek maken van Frol en Flucht uitgezet tegen de snelheid. Het enige wat een goede meting in de weg staat is een nauwkeurige registratie van tijd en afgelegde weg. Een handige optie is om de pulsen te meten van de magneetsensor van de fietscomputer. Die zit standaard in praktisch alle velomobielen. We moeten dan wel precies de wielomtrek weten, maar dat is niet zo moeilijk te achterhalen. De magneetsensor is normaal gesproken een maakcontact als het spaakmagneetje bij de sensor komt. Dat kunnen we met een klein computertje eenvoudig meten. De omtrek is ca 1.5 meter. Stel we rijden 15 m/s (54 km/u), dan zijn dat 10 omwentelingen per seconde. Stel het uitrollen duurt 1000 meter, dan zijn dat 667 meetwaarden. Alleszins te behappen voor een simpele microcontroller met enkele kB aan geheugen. Tijd kunnen we heel nauwkeurig meten, de nauwkeurigheid hangt vooral af van de wielomtrek.

Maar dat bewaar ik tot een volgende keer, kost me nu iets te veel knutseltijd. Ik heb even geëxperimenteerd met het inspreken op mijn telefoon van de snelheid. Ik dacht, dan zoek ik later de tijd wel op door de opname af te spelen. Werkt niet door de enorme ruis (ik reed met kap). Pas later bedacht ik dat ik veel beter een filmpje kon maken van de snelheidsmeter. Tijd en snelheid zijn dan veel nauwkeuriger vast te leggen.

Zo gezegd, zo gedaan. Ik heb een redelijk rechte weg gevonden, dicht bij huis en op het oog ook vlak. Er stond bijna geen wind en wat er was kwam van opzij. Ik heb geprobeerd om heen en terug te rijden over dezelfde weg, maar ik moet dan het fietspad aan de andere kant van de weg nemen. Dat lag vol bladeren, eikels etc. Een andere meting mislukt omdat ik blijkbaar niet op de goede knop gedrukt had (foto ipv video...). Na een paar sprintjes begon mijn hamstring wat te protesteren zodat ik het uiteindelijk bij één redelijke meting heb gehouden. Beginsnelheid 54 km/u, DF met minivizier en Durano banden op maximale toegestane druk. Totaal gewicht ca 93 (ik) + 25 (DF) + 5 (bagage) = 123 kg. Temperatuur ca 15 graden.
Ik heb het filmpje seconde voor seconde bekeken en de snelheid genoteerd, ca 180 seconden. Dat is nog best een klus kan ik je zeggen! De gegevens zijn in Excel ingeklopt en dan komt er een grafiek uit waar wat kleine hobbels in zitten. De meest onlogische hobbels handmatig wat weggeinterpoleerd. Soms zie in je een seconde video twee tellerstanden, de een is logischer dan de ander. Hier is het gefilterde resultaat.



Aan de hand van deze grafiek is de versnelling op te maken. Die heb ik geprobeerd te bepalen door op tijdstip t te kijken wat de snelheid is op t-5 en t+5. De versnelling is dan het verschil in snelheid gedeeld door 10 seconden. De grafiek hiervan is een drama:

versnelling als functie van de snelheid

Ik heb de snelheidsgrafiek uitgeprint en ben met een liniaal raaklijnen gaan tekenen. De richtingscoëfficiënt is de versnelling. Wiskunde is voor mij wel de nodige jaren geleden, maar ik hoop dat ik dit kunstje toch redelijk goed heb gedaan. Voor 7 punten op de snelheidsgrafiek heb ik de raaklijnen zo goed mogelijk gegokt en dan krijg je de volgende figuur:

versnelling als functie van de snelheid
Met een beetje fantasie tonen beide grafieken hetzelfde plaatje.

Het probleem is echter dat de grafiek niet voldoet aan de verwachting. Ik had beredeneerd dat
F = m * a = c1  + c2 * v2
Dus a is een tweedegraads functie van v. Maar tweedegraads functies zijn parabolen. Ik heb toch de nodige moeite om in deze grafiek een parabool te herkennen. Wat dat betreft levert deze hele exercitie niet op wat ik gehoopt had.
Maar we kunnen nog wel wat andere interessante gegevens produceren. Het vermogen P = F * v = m * a * v.
We hebben a berekend, m en v zijn ook bekend, dus heb ik het vermogen als functie van de snelheid uitgerekend en in de grafiek gezet.


Opvallend is dat de grafiek lijkt te bestaan uit twee rechte stukken, met een knik bij ca 24 km/u. Is dat het punt waar de luchtweerstand opeens een grote rol gaat spelen? In ieder geval lijken de waarden aardig overeen te komen met de berekeningen met het model van Kreuzotter.
Het enige dat nu nog ontbreekt is het verlies dat optreedt bij de aandrijving: ketting, kettingbuizen, tandwielen etc. Helaas weet ik geen eenvoudige methode om dat te meten. Deze verliezen zijn meestal erg klein ten opzichte van de rol- en luchtweerstand. En een live vermogensmeting is ook wel prettig, die meet ook de effecten van slappe banden, tegenwind, stijging, ongesmeerde ketting etc, etc.
Ongetwijfeld hebben andere mensen vergelijkbare testen gedaan en hier ook al over gepubliceerd. Ik leer graag van hun ervaringen, dus kom maar op met de opmerkingen of links naar interessante sites.


zaterdag 29 oktober 2016

Intellifiets op Google Streetview

Een paar maanden geleden kwam ik op mijn woon-werk verkeer zo'n camera-auto van Google tegen.


Vanochtend dacht ik er weer aan. Eens kijken of ik al "online" ben. En ja hoor, sta er keurig op. Weliswaar met een geblurred  hoofd, maar de Intellifiets staat er op. Van achteren zie je nog het startnummer van Cycle Vision 2016.




Nog meer liggers gesnapt door Google?

zaterdag 15 oktober 2016

snelheid en vermogen

Deze week was er op het ligfietsforum van google groups (https://groups.google.com/d/forum/ligfiets?hl=nl) een discussie over snelheid met een ligfiets. Ik heb er even over nagedacht, en het is eigenlijk wel bijzonder. Als je racefietsen en ligfietsen vergelijkt, dan vergroot ligfietsen de snelheidsverschillen tussen sterke en zwakke rijders. Bij een velomobiel wordt het nog extremer. Dat is eigenlijk heel logisch.
Op een racefiets heb je al snel dat je tegen een muur van lucht moet opboksen. Je ziet in de praktijk dat de doorsnee racefietser ongeveer 30 km/u haalt. Doe je het ietsje minder, dan is het 27 km/u, doe je goed je best dan rij je 33 km/u. Ik moet hard werken om 35 km/u te gaan, dat kan ik net een uur volhouden. In mijn toerfietsclub houden we wel eens een individuele uurrecord race. Bijna iedereen zit tussen de 33 en 38 km/u. Het clubrecord is in handen van een jeugdige wedstrijdrijder, met ca 41 km/u.
Om 30 km/u te rijden, moet ik ca 175 Watt produceren, voor 35 km/u is dat al 250 Watt en met 400 Watt zou ik 41 km/u kunnen rijden. Het benodigde vermogen schiet omhoog omdat luchtweerstand kwadratisch met de snelheid toeneemt. De overige weerstand (rolweerstand, aandrijfverliezen) gaan evenredig met de snelheid. De dominante factor is luchtweerstand.

Nu naar de velomobiel. De rolweerstand is hoger door de kleinere wielmaat en het flink grotere gewicht. Wel zijn de banden meestal breder, dat verlaagt de rolweerstand wel weer. Het extra wiel t.o.v. een racefiets maakt in theorie niet uit, wel zal het gewicht daarmee wel weer hoger uitkomen. De aandrijfverliezen zijn zeker groter door de kettingbuizen en de extra geleidewielen. Daarnaast verlies je nog energie doordat het frame mee buigt en de schokdempers ook niet alle energie teruggeven. De luchtweerstand daarentegen is laag, en voor iedereen gelijk. Of je nu zwaar of licht bent, lang of kort, als je in een velomobiel zit is de luchtweerstand voor iedereen ongeveer gelijk. Gaat niet helemaal op als je toevallig in een kleiner model past zoals een Quest QS.

Nu nemen we een een minder sterke rijder (m/v) in gedachten. Met zijn beperkte vermogen moet er een aanzienlijke rolweerstand en aandrijfverliezen overwonnen worden. Het aandeel luchtweerstand is bijna verwaarloosbaar. Ook moet de grote masa versneld worden na iedere kruispunt of bocht en als het stuk tot de volgende hindernis te kort is, kom je niet op je normaal haalbare snelheid. Sommige rijders gaan daarom harder op een racefiets dan in een velomobiel. Een rijder met zeg 10% meer vermogen, zal ook bijna 10% harder gaan, immers luchtweerstand hebben we nog niet zo veel last van en overige weerstand is evenredig met de snelheid. Ik schat dat luchtweerstand pas tussen de 40 en 50 km/u dominant begint te worden. Een sterke rijder met het dubbele vermogen zal zo makkelijk 10-20 km/u harder kunnen rijden dan de minder bedeelde rijder. Zet ze allebei op een racefiets en het verschil is nog maar een paar km/u. Het is daarom niet zo gek dat de beste velomobiel racers vaak lang zijn: zij hebben gemiddeld meer kracht. Calimero wist het al: "zij zijn groot en ik is klein, en da's niet eerlijk, o nee." Het is daarom des te opmerkelijker dat de kleine en frele Nici Walde zo enorm hard kan fietsen. Eva kan d'r ook wat van. Toevallig (?) hebben ze partners die fietsen bouwen, daar zal het onderste uit de kan zijn gehaald.

Ik heb me voorheen wel eens verbaasd dat ik door iets harder te trappen, zoveel sneller kon gaan. Dan reed ik 35 km/u. Kom op Reinier, je kunt best wat harder. 40 km/u. En eigenlijk was het vooral de inspanning om van 35 naar 40 te versnellen die het zwaar maakte, maar eenmaal op 40 km/u was dat eigenlijk prima vol te houden. Vaak helpt een korte afdaling ook. In Nijmegen heb ik er een van de St. Annastraat langs het spoor naar het station. Even een paar meter verval, een klein beetje bijtrappen en ik ga 50 km/u. Dat kan ik vervolgens zonder veel moeite vasthouden. Op de racefiets is zoiets niet mogelijk, maar daar ben ik na iedere hindernis in een paar seconden op snelheid, versnellen kost weinig moeite.

Wat kun je als minder sterke rijder doen om harder te gaan? Zorg dat je rolweerstand minimaal is. Haal die marathon plus banden er af en leg er snelle banden op. F-lites bijvoorbeeld en achter een Almotion. Houd de banden op spanning, scheelt ook best veel. Zorg er verder voor dat je ketting goed gesmeerd is en verwijder de kettingbuis als het kan. Koop een zo licht mogelijk fiets. Een glasvezel Mango met zijn tussenas en 20" achterwiel is voor snelheid niet de eerste keuze als het je aan power ontbreekt. Val wat overtollige kilo's af, scheelt ook. Vet kwijtraken, niet je spieren! Aerodynamica is minder belangrijk. Vergeet de racekap, tenminste als het je om snelheid te doen is, vergeet staartverlenging of het dichtmaken van de wielkasten voor, zoals bij de DF. Daar ga je de winst niet halen. Die is voorbehouden aan de dames en (vooral) heren met veel power, want die vechten wel voornamelijk tegen de muur van lucht.
En mocht dat allemaal nog niet hard genoeg gaan, dan rest niets anders dan beter trainen of vals spelen met een epo kuurtje, of een motortje inbouwen. Of de racefiets pakken.

Disclaimer:
Bovenstaand verhaal is gebaseerd op mijn ervaring en wat gedachtenexperimenten. Dat strookt blijkbaar niet met de metingen van Wim Schermer. Neem daarom dit verhaal met een korreltje zout. De algehele strekking blijft mijns inziens wel dat minder sterke rijders veel minder voordeel hebben bij een velomobiel dan sterke rijders. Vergeleken met een racefiets winnen de mindere goden nauwelijks, maar de krachtpatsers pakken vele km/u voordeel.