Carga de carga constante / máxima? Isto existe?

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Existe uma bicicleta de tal forma que você pode programá-la com a carga que você deseja e ela mudará de marcha para você com base nessa carga ou talvez nunca ultrapasse essa carga? Por exemplo, suponha que uma pessoa mais velha tenha algum problema no joelho mas não goste de mudar de marcha e não queira uma bicicleta de 1 velocidade, de modo que ela deseje uma bicicleta que possa ser programada com um nível máximo de carga ou colina ou qualquer combinação colocaria a bicicleta em uma carga maior, a bicicleta automaticamente perceberia isso e ajustaria a relação de engrenagem de acordo. Por exemplo, alguém está em um terreno plano e pavimentado em uma saída confortável (talvez equivalente a 100 watts). Seria bom se, quando essa pessoa encontrasse um ligeiro upgrade, a moto sentisse uma redução na velocidade e calculasse a perda de potência devido à menor cadência e ajuste para que a carga pareça a mesma para o ciclista.

Também estou me perguntando se esse algoritmo diferiria muito da cadência constante ou se eles seriam idênticos ou virtualmente idênticos. Eu acho que seria significativamente diferente desde que alguém programa em cadência constante de 60 RPMs. Com o carregamento máximo marcado, se o terreno facilitar a pedalada (e, por exemplo, há um vento de cauda), o piloto poderá usar uma marcha alta e pedal mais lento que 60 RPMs, mas ainda manter a velocidade desejada (10 MPH para exemplo). Isso aconteceu comigo no cenário da vida real. Eu acho que a cadência constante seria um pouco chata, já que às vezes as circunstâncias ditam muito menos carga, então por que pedalar a 60 RPMs quando, nessa situação, você pode conviver com 30 ou mais? Seria bom se a moto também sentisse a cadência e determinasse se você "subestima", é porque você está querendo desacelerar ou porque a carga é leve (tailwind por exemplo), então uma marcha mais alta pode ser escolhida. Não é um algoritmo fácil de acertar em todos os casos.

gears cadence hypothetical David
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Uma estrutura com flexão, combinada com uma guia de cabo de suporte inferior cheia de sujeira, pode ser carregada automaticamente com carga pesada. Também conhecido como ghost shifting. Isso não é um recurso.
Criggie
Eu suponho que se alguém pedala com a mesma quantidade de esforço, a moto deve ser capaz de detectar isso e mudar as marchas de acordo para manter o que parece ser uma carga constante para o piloto. Em alguns casos, isso não será possível, como subir uma colina muito íngreme ou atravessar um terreno com uma resistência muito alta ao rolamento ... então a programação disso teria que lidar com isso também.
David
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@ David você pode querer procurar sistemas CVT (transmissão continuamente variável). Há uma ou duas empresas que têm disponíveis caixas de câmbio para bicicletas (ou mostraram esses sistemas, não tendo certeza se ainda as vendem). É provavelmente o que você tem em mente. É um sistema mecânico, envolvendo pouca ou nenhuma eletrônica.
Slovakov

Respostas:

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Isso poderia ser feito, mas seria caro porque você precisaria de manivelas de torque. Estes existem para monitoramento de energia, mas são precificados como uma ferramenta para atletas sérios. Eles também lhe dariam cadência. Então você precisaria de mudança eletrônica - também cara.

O controle real poderia ser implementado em qualquer microcontrolador de sua escolha, mas você precisaria considerar a variabilidade entre os cursos de pedal (isto é, usar uma potência média móvel que tornaria o sistema menos responsivo).

Em operação normal, você relaxa um pouco para mudar (especialmente se estiver trabalhando muito para começar). Isso seria impossível se o sistema mudasse sem você saber. Então mudanças de marcha seriam duras mesmo se o sistema fosse bem mantido (o que você não deveria presumir).

Se ficar um pouco mais íngreme e você já estiver na sua marcha de baixo, provavelmente não saberá, então enquanto espera que ele mude em vez de ficar de pé nos pedais, você está perdendo o rumo.

A inovação no ciclismo tende a vir de disciplinas competitivas, nas quais essa ideia seria uma coisa ruim. Inovação em ciclismo de baixo esforço acontece: e-bikes. Mas estes são bastante competitivos em preço, e não haveria espaço no mercado para um add-on caro como este.

Pode ser interessante como um projeto de graduação em engenharia, mas não consigo ver isso indo além disso.

Chris H
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Seria mais simples ter uma bicicleta assistida por acionamento elétrico, também chamada de pedelec. A quantidade de energia fornecida pelo acionamento elétrico é regulada pela potência do pedal.
Carel
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@Carel em qualquer um que eu tenha visto não é regulado pela potência, mas por (i) a ação de pedalar com um interruptor ligado às manivelas, ou (ii) a cadência / velocidade da direção. Nenhum deles pode dizer o quanto você está trabalhando. Também um motor de assistência elétrica consome muita bateria em comparação com um sistema de detecção / seleção. No geral você está certo embora. Nossa primeira e-bike foi comprada de um ciclista que não podia mais pedalar em uma bicicleta normal.
Chris H
Uma coisa que eu noto quando eu monto minha moto de 21 velocidades mesmo aqui no centro da Flórida, é que até mesmo uma pequena mudança na carga é perceptível e me faz querer mudar e às vezes eu salto entre as marchas várias vezes. Seria bom se eu pudesse de alguma forma programar a minha moto para a carga que eu prefiro pedalar e de alguma forma não iria ultrapassar essa carga (a menos que fique sem engrenagens). Então, quando eu estiver pedalando, ele se ajustará de modo que mesmo que eu suba colinas, encontre ventos contrários ..., o esforço de pedalar nunca excederá o limite que estabeleci. Deslocamento manual faz isso por sensação. Eletronicamente seria legal.
David
A última coisa que eu desejaria se o vento contrário ficasse mais forte seria que minhas marchas começassem a mexer, assim como tenho que colocar mais esforço. As colinas podem ser antecipadas. Você provavelmente precisa aprender a se sentir confortável em uma ampla faixa de cadência (provavelmente na extremidade superior)
Chris H
Pessoas, eles têm chaves de torque que não são astronomicamente precificadas, então eles devem ser capazes de ter algum dispositivo de sensor de torque em uma moto que é "amarrado" com um computador de bicicleta. Seria bom se os autoshifters mecânicos também tivessem um modo eletrônico para que o piloto pudesse selecionar a mudança baseada na cadência ou na carga ou talvez um modo com ambos de tal forma que os limites fossem definidos para ambos. Como em uma fonte de alimentação de laboratório onde você tem limitação de corrente e tensão, ambos podem ser ajustados pelo operador. Parece que a tecnologia de bicicletas está atrasada para mim.
David
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O sistema de deslocamento eletrônico Alfine Di2 da Shimano para híbridos tem alguma capacidade de mudar automaticamente, embora eu não saiba se é ajustável em carga.

zenbike
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Eu diria que ele detecta a cadência em vez do esforço (como a detecção de cadência é mais simples).
Chris H
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Não acredito que exista atualmente um dispositivo desse tipo que você possa montar em uma bicicleta, mas existem dispositivos com características semelhantes àquelas que você procura para montar uma bicicleta. Eles são tipos específicos de treinadores de bicicletas. A explicação é um pouco longa, mas se você entender como os treinadores trabalham e como eles se comparam ao trabalho que você faz para mover sua bicicleta para fora em uma estrada real, será mais capaz de imaginar quais desafios de design você enfrentaria na criação do dispositivo você imaginou.

Ao ar livre na estrada existem várias fontes de arrasto que você deve superar. Esta resposta de bicicletas.SE dá uma explicação mais completa mas a versão curta é que há uma parte do arrasto total que é constante com a velocidade, uma parte que depende da sua aceleração, uma parte que depende da subida (ou descida) de uma colina e uma parte que depende de quão aerodinâmica você e seu moto são. É importante ressaltar que o componente de arrasto aerodinâmico não escala linearmente com a sua velocidade: ele escala de forma quadrática, de modo que a potência necessária para superar o arrasto aerodinâmico varia com o cubo da velocidade (assumindo o vento zero).

Mas a parte relacionada à sua pergunta é o componente "resistência ao rolamento" do arrasto. A resistência ao rolamento é constante (isto é, independente da velocidade), de modo que a potência necessária para superar a resistência ao rolamento é linear com a velocidade. Mas a parte importante aqui é que a resistência ao rolamento é constante. Portanto, se você estiver em uma marcha específica e puder ignorar a resistência do ar, a carga do seu pedal será constante. Se você acelerar (e, como você está em uma marcha específica), sua cadência aumentará, mas a carga do pedal será constante. Esta é a condição que você estava afirmando em sua pergunta.

Entre nos treinadores de bicicletas. Todos os treinadores de bicicleta têm uma maneira de impor arrasto ou gerar uma carga contra a qual você pedala. Você pode estar familiarizado com treinadores que usam turbinas em um fluido para criar carga, ou treinadores de vento ou treinadores magnéticos. Em geral, quanto mais rápido você pedalar, mais rápido a roda traseira gira, o que faz com que o gerador de carga do treinador seja mais rápido, o que aumenta a carga. É importante ressaltar que cada instrutor terá um "perfil de carga" diferente, que determina como sua carga aumenta com a velocidade. Os treinadores de fluidos e vento (o ar pode ser considerado um fluido) têm a característica de que o arrasto deles normalmente aumenta quadraticamente com a velocidade da roda, como acontece quando você anda em uma estrada ao ar livre. Há também treinadores de bicicletas que funcionam como ergômetros; você define uma potência alvo específica e ajusta a carga para que a potência total seja mantida. Se você pedalar mais devagar, a carga aumenta para manter a carga de energia desejada. Se você pedalar mais rápido, a carga diminui para manter a carga de energia direcionada. Isso é exatamente o oposto do que você quer. No entanto, existe um terceiro tipo de dispositivo de treinamento: rolos. Rolos típicos (que não têm nenhum dispositivo gerador de carga adicional, como unidades de carga magnética ou fluida) têm arrasto quase constante - o que significa que a potência necessária para superar o arrasto nos rolos é quase linear. Então, você está procurando um dispositivo que imite os rolos, ajustando a relação de transmissão para manter constantes as cargas de pedal.

O que você procura é incomum porque a maior parte do esforço foi feito para tentar tornar os instrutores menos parecidos com roletes e mais como andar na estrada, onde a carga aumenta de forma não linear. Do ponto de vista da engenharia, seria possível, mas do ponto de vista do marketing, a demanda funciona de outra maneira.

R. Chung
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Exceto que a resistência ao rolamento muda mesmo com velocidade constante. Por exemplo, eu estou andando na calçada às 10 MPH, em seguida, vou para a grama. Se eu mantiver o esforço constante, rapidamente desacelerei ou pararei mesmo se estiver em marcha muito alta.
David
Certo, a resistência também aumenta quando você sobe uma colina a uma velocidade constante. Esta foi uma ilustração simples dos desafios de design que você enfrenta. Na verdade, o maior problema quando você anda ao ar livre é a aceleração (que você pode ver nessa resposta a que me vinculei). A fim de acelerar, como você pode fazer a partir de um semáforo, você tem que aumentar a carga enquanto ainda está equilibrando na bicicleta. Se você limitar a carga do pedal em um máximo constante, seu sistema terá que responder diminuindo muito rapidamente. É possível do ponto de vista da engenharia, mas será difícil modulá-lo com rapidez suficiente.
R. Chung
Uma analogia que eu gosto de usar é uma fonte de alimentação de laboratório (PSU) constante e atual usada para carregar uma bateria. A bateria carregará e desejará resistir ao fluxo de corrente para que a PSU do laboratório aumente a tensão para manter as coisas em uma carga constante (corrente constante). Isso é feito tão rapidamente que o amperímetro nunca se contorce de uma amperagem configurada (como 1.500). Da mesma forma, seria bom se a moto fosse sofisticada o suficiente para detectar mudanças de carga e fazer os ajustes necessários em tempo real, então, da perspectiva do motorista, a carga permanece inalterada (mas a velocidade de deslocamento provavelmente mudará).
David
A partir de um ponto final, a moto simplesmente mudaria para uma velocidade baixa, já que teria que fazer algumas suposições (a menos que fosse realmente sofisticada e pudesse sentir quando você estava em uma colina e como era íngreme). É um pouco surpreendente para mim como é simples para um ciclista varrer o cenário e sentir a carga e ajustar manualmente e muito rapidamente, mas quando peço a um computador que o faça de repente, ele se torna um grande projeto e caro. O algoritmo para lidar com uma carga máxima definida (especificada pelo piloto) provavelmente precisaria de refinamentos após o uso e teste para lidar bem com todas as circunstâncias comuns.
David
Certo, em seu design, a partir de um ponto final, a moto simplesmente mudaria para uma marcha (muito) baixa para limitar a carga do pedal. Este é exatamente o sentimento quando se inicia um primeiro em rolos - a maioria das pessoas tem muito mais dificuldade para aprender a rodar em rolos do que para manter a velocidade em rolos, porque a resistência é tão baixa quando se inicia. Eles caem antes que possam se equilibrar. Você observou como a resistência varia quando você vai da calçada para a grama. Na maioria dos casos, os pilotos vão "se exercitar", não para ir mais rápido, mas para usar a resistência do pedal para alcançar o equilíbrio. Seu design remove isso.
R. Chung
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Eu acho que você poderia fazer isso com uma transmissão continuamente variável e alguma maneira de medir a carga. Você poderia DIY alguns pedais para medir com quanta força o piloto está empurrando. Os pedais provavelmente teriam que transmitir os dados sem fio para um microcontrolador para que você pudesse ajustar a relação de transmissão, já que não há realmente uma boa maneira de passar os fios de girar as coisas para não girar as coisas. Se você não precisasse de uma relação de marcha infinitamente variável, você poderia ligar esses sensores de pedal a um microcontrolador e hackear o sistema em alguma mudança eletrônica padrão. Parece excessivamente complexo.

Aqui está minha recomendação atual. Pode não lhes dar a experiência exata que eles estão procurando, mas provavelmente é melhor você comprar uma E-bike de assistência elétrica ... ou dizer a eles para engolir e se acostumar com a mudança.

Kevin
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A coisa que às vezes me incomoda sobre o deslocamento manual é freqüentemente ter que "saltar" entre 3 engrenagens médias por causa do vento, leve inclinação ... Seria legal se alguém pudesse se concentrar apenas no passeio e ter a mecânica e mecânica se preocupar fazendo pequenos ajustes para que sua configuração de carga máxima não seja excedida.
David
Eu acho que algo como um auxiliar elétrico é exatamente o que você está procurando, ao invés de mudar as marchas e desacelerar, o piloto terá um pouco de impulso para ficar na mesma velocidade. Provavelmente será uma experiência mais agradável ao redor.
Kevin
Os CVTs trabalham em carros e scooters porque fazem rotações muito mais altas. Um piloto faria um máximo de 120-150 RPM antes de saltar da sela. Por comparação, a velocidade de entrada de uma scooter é 2000-3000 RPM e um carro fará 6000-10.000 RPM. Um CVT com uma velocidade de entrada de cem RPM não vai funcionar da mesma forma.
Criggie
Parece divertido. Talvez algum dia eu consiga uma moto com um CVT como o NuVinci 360 em uma bicicleta com pneus muito largos para que eu possa fazer a transição da calçada para a grama e voltar para a calçada sem ter o "barulho" das engrenagens padrão . Ele também me dará um ritmo muito mais baixo do que eu desejo e eliminará o deslocamento de fantasmas que eu não gosto. Eu prefiro um viés de marcha baixa, já que raramente vou mais do que 15 MPH na minha moto, então eu gostaria de engrenar de forma que ele alcançasse 15 MPH em alta cadência e então a relação de 3,6: 1 chegaria a 4 MPH em alta cadência.
David
Criggie Eu não acho que RPMs baixos de uma bicicleta seja um problema para CVTs, pois parece que eles já podem lidar com isso. Eu gostaria de comprar um CVT usado algum dia para testá-lo. Se alguém tiver um modelo mais antigo usado CVT, por favor me avise. Eu nem me importo se é a versão pesada como os antigos NuVincis. Eu só quero testá-lo, talvez em um quadro de bicicleta tipo cruzador de praia que eu já tenho, além do meu MTB, que é um 3x7. Eu posso apenas "mudá-lo" manualmente no início, em seguida, mais tarde vou considerar que a harmonia eletrônica shifter. Obrigado.
David