Zusammenfassung

Nachtrag aus BISp-Jahrbuch 1996:
Mit Unterstützung des Bundesinstituts für Sportwissenschaft (BISp) wird in Zusammenarbeit mit dem Bund Deutscher Radfahrer (BDR) und dem Ingenieurbüro Schoberer das Forschungsprojekt "Mobile Trainingssteuerung am Fahrrad" durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist der Einsatz einer mit dem Rad verbundenen trainingsbegleitenden Meßtechnik zur Erhebung leistungsbestimmender Einflußgrößen, die zu einer gezielten Ausbildung radsportspezifischer Fähigkeiten der Kaderathleten führen soll.
Das System besteht aus einer Meßeinheit (Powermeter) sowie aus Zwischenauswerte-, Anzeige- und Speichereinheiten (Powercontrol).
Powermeter (Leistungsmesser).
Mechanik des Powermeter:
Der Leistungsmesser besteht aus einer hochfesten Aluminiumscheibe, die das Verbindungsglied zwischen Tretlagerachse- und Kettenblatt (-blättern) darstellt. In diese Aluminiumscheibe sind Aussparungen so gefräst, daß die übrigbleibenden Stege, die das Drehmoment von der Tretlagerachse auf das Kettenblatt übertragen, eine dem angreifenden Drehmoment proportionale Biegung aufweisen. Die mechanische Biegung der Stege wird mit Hilfe von Dehnmeßstreifen (DMS), die auf diesen Stege appliziert sind, in ein elektrisch meßbares Signal (Widerstandsänderung) umgewandelt. Die Dehnmeßstreifen sind so angeordnet, daß sie sowohl Temperatur als auch mechanische Spannungen, die durch die Kurbel- und Kettenblattschrauben verursacht werden, kompensieren. Von den Dehmeßstreifen wird, in bezug auf das Fahrradpedal gesehen, die Summe der tangentialen, also vortriebswirksamen, Tretkräfte erfaßt. Radiale und axiale Tretkräfte werden nicht erfaßt.
Im Laufe der mehrjährigen Entwicklung wurde der Drehmomentaufnehmer mechanisch so weit optimiert, daß die Meßgenauigkeit von anfänglich +/- 5 % auf +/- 2 % gesteigert werden konnte. Für aerodynamische Untersuchungen wurde eine Genauigkeit von 0,5 % erreicht. Dieses Powermeter weist 20 DMS auf. Durch diese hohe Meßgenauigkeit lassen sich nun auch aerodynamische Feldversuche gut durchführen. Den Powermeter gibt es in Ausführungen für Bahn- und Straßenrennen sowie für Mountainbike.
Elektronik des Powermeter
Die Signale der Meßstreifen werden mit der Elektronik, die in den Aussparungen des Powermeters angeordnet ist, verstärkt und direkt in eine dem Meßsignal proportionale Frequenz umgewandelt. Die Trägerplatine der Elektronik bildet gleichzeitig die abdichtende Kapselung des Powermeters auf der Kurbelseite. Da für eine Leistungsmessung auch ein Signal proportional zur Winkelgeschwindigkeit erforderlich ist, befindet sich auf der Elektronik mindestens ein Reedschalter zur Messung derselben, dessen Schaltfrequenz proportional zur Winkelgeschwindigkeit ist.
Durch die Elektronik im Powermeter werden also zwei Frequenzen erzeugt, die proportional zum Drehmoment und zur Winkelgeschwindigkeit sind.
Die Energieversorgung des Powermeters wird durch eine Litiumbatterie sichergestellt und ermöglicht in der Praxis etwa eine Fahrstrecke von 50.000 km bis 60.000 km.
Datenübertragung Powermeter - Powercontrol
Da der Powermeter ein rotierendes Teil ist, ist eine Signalübertragung mittels Kabel nicht möglich. Als Datenübertragungsform wurde deshalb eine induktive Kopplung zwischen Sender und Empfängerspule gewählt. Die Senderspule ist kreisförmig auf der rückwärtigen Abdeckung des Powermeters angeordnet. Die Empfängerspule wird am Fahrradrahmen in der Nähe des Tretlagers angesteckt und von dort mit einem Kabel zum Datenerfassungscomputer, dem Powercontrol, verbunden.
Anzeige- und Abspeichereinheit Powercontrol
Elektronik Powercontrol
Der Computer, der am Fahrrad befestigt wird, basiert auf einem Micro-Prozessor. Diese Prozessorfamilie ist auf geringen Stromverbrauch (Batteriebetrieb) und schnelle Signalverarbeitung ausgelegt. Die Daten von den drei Meßwertgebern Powermeter, Herzfrequenzsender und Geschwindigkeitssensor werden elektrisch aufbereitet und an den Mikroprozessor weitergegeben. Der Prozessor bereitet die Signale auf, zeigt sie an einem angeschlossenen LC-Display an und lädt sie in einem RAM-Speicher ab. Die Stromversorgung erfolgt mittels Akku, der mindestens 25 Stunden netzunabhängigen Betrieb zuläßt. Die Signalübertragung Powercontrol-Personalcomputer erfolgt über eine genormte, serielle Schnittstelle.
Bei Erreichen einer Mindestbetriebsspannung des Akkus schaltet der Powercontrol ab, behält aber noch soviel Spannung für den Datenspeicher, so daß die gespeicherten Daten nicht verlorengehen, auch wenn das Gerät über mehrere Wochen nicht geladen wird. Zusätzlich ist die Prozessorplatine mit einer Echtzeituhr ausgestattet, die einen sehr genauen zeitsynchronen Betrieb von mehreren Powercontroleinheiten, z.B. Vierer-Mannschaft, ermöglicht. Dadurch ist es möglich, die gewonnenen Meßdaten mit einer genauen Datums- und Uhrzeitangabe zu versehen.
Software Powercontrol
Die Software hat die Aufgabe, die bereits aufbereiteten Meßdaten auf ihre Richtigkeit zu überprüfen und zu filtern, besonders in bezug auf die Herzfrequenz, die sehr leicht durch äußere Magnetfelder (Bahnlinien etc.) verfälscht werden kann.
Die Meßdaten werden auf eine einheitliche, vom Benutzer einstellbare Zeitbasis umgerechnet und zeitsynchron abgespeichert. Da der Tretzyklus nicht zeitsynchron ist, weil pro Kurbelumdrehung eine extrem starke Drehmoment- und damit Leistungsschwankung auftritt, werden die Drehmomentsignale auf die betreffende Durchschnittsleistung umgerechnet. Danach werden diese Daten abgespeichert. Die angezeigte aktuelle Leistung stellt also immer den Mittelwert aller in der Zeitbasis der Anzeige liegenden, vollendeten Kurbelumdrehungen dar.
Der Powercontrol kann folgende Daten erfassen:
Abgespeicherte Daten:
Leistung, Herzfrequenz, Tretfrequenz, Geschwindigkeit, Datum der Meßwerte, Uhrzeit der Meßwerte sowie eingestellte Parameter, Initialen der Fahrer, Radumfang, Steigung und Nullstelle Powermeter.
Am LC-Display können folgende Daten angezeigt werden:
- Leistung, Herzfrequenz, Tretfrequenz, Geschwindigkeit, Trainingszeit, Tagesstrecke
- Datum, Uhrzeit, Initialien, Energieverbrauch, Betriebszustand
- Durchschnittswerte von Leistung, Herzfrequenz, Tretfrequenz, Geschwindigkeit, Trainingszeit, in der getreten wurde
- Maximalwerte von Leistung, Herzfrequenz, Tretfrequenz, Geschwindigkeit (diese Maximalwerte können während der Trainingsfahrt zurückgesetzt werden, was für Intervalltraining und Antritten bei Sprinttraining sehr wichtig ist)
- Informationsmodus: freier Speicher, eingestellte Steigung Powermeter, Radumfang, Abspeicherfrequenz
- Kalibrierung Powermeter