Hvordan måle krengevinkel på sykkel

Du kan anslå krengevinkel på sykkel med mobiltelefon, en egen bevegelsessensor, video eller en beregning fra fart og svingradius. Metodene måler ulike ting. Et nyttig resultat krever at du vet hva vinkelen beskriver, og hvordan målingen oppfører seg når sykkelen beveger seg.

Her betyr krengevinkel rammens helning sideveis fra loddrett. Den er forskjellig fra veiskråning, styrevinkel og rytterens kroppsvinkel. At en skjerm viser én desimal, forteller om visningens oppløsning, ikke hvor riktig tallet er. Skal to metoder sammenlignes, må de bruke samme referanse og beskrive samme øyeblikk i svingen.

Mobil i lomma eller på styret

Mobilen er lett tilgjengelig for et første forsøk. Avhengig av maskinvare og app kan den registrere akselerometerdata, gyroskopdata eller et estimat av orienteringen. Androids dokumentasjon om bevegelsessensorer skiller mellom disse utgangene. At en app kalles en vinkelmåler, sier ikke hvilken metode den bruker.

I lomma følger mobilen kroppen din og kan forskyve seg inne i stoffet. Den gir derfor ikke et direkte mål på rammens krenging. Et stivt styrefeste gir en mer gjentakbar plassering, men styringen endrer orienteringen i forhold til rammen. Montering, vibrasjon og appens opptak må fortsatt vurderes. En riktig vinkelavlesning i ro dokumenterer ikke nøyaktigheten gjennom en sving.

En dedikert IMU som BNO055

En IMU er en enhet som samler bevegelsessensorer. Bosch BNO055 har akselerometer, gyroskop, magnetometer og innebygd sensorfusjon. Sensorfusjon kombinerer informasjon fra sensorene til et estimat av orienteringen, i stedet for å behandle én akselerasjonsakse som en vinkel.

En egen logger gir kontroll over montering, tidsstempler og hvilke data som lagres. Ulempene er ekstra maskinvare og ansvar for kalibrering og tolkning. Sensorens akser må knyttes til sykkelens akser; et tilgjengelig «roll»-tall er ikke automatisk rammens krengevinkel. Verken sensorens oppløsning eller en kalibreringsindikator angir nøyaktigheten til hele målesystemet på en sykkel i bevegelse. Det krever en egen sammenligning med en kjent referanse.

Kamera og videoanalyse

Video kan gi et uavhengig bilde av både ramme og rytter. For en enkel måling brukes et fast kamera som ser omtrent langs sykkelens kjøreretning, med en kjent loddrett referanse. Sammenlign rammens synlige plan med referansen i det aktuelle videobildet.

Dette er et geometrisk anslag: En skrå kameravinkel endrer vinkelen som blir projisert i bildet. Linseforvrengning, skjevt kamera, bevegelsesuskarphet og skjulte hjul øker usikkerheten. Et bevegelig actionkamera trenger sin egen orienteringsreferanse, og bildestabilisering kan endre den synlige horisonten. Trackers veiledning om koordinatsystem forklarer hvordan bildeaksene stilles inn. Video passer for utvalgte øyeblikk, men opptaksgeometrien og tidsjusteringen må være gjennomtenkt.

Beregne krenging fra GPS-fart og radius

For en jevn sving med konstant fart på flat vei gir en idealisert balansemodell:

θ = atan(v² / (g · r))

Her er v farten i meter per sekund, r svingradius i meter og g = 9,81 m/s². Ved 30 km/t og radius 15 meter blir resultatet omtrent 25,3°. Med krengevinkelkalkulatoren kan du utforske sammenhengen. OpenStax forklarer den underliggende sentripetalkraften.

Modellen anslår helningen til linjen fra dekkenes kontaktpunkter til sykkelens og rytterens samlede massesenter, ikke nødvendigvis rammens vinkel. Rytterbevegelse og skiftende forhold gjennom svingen begrenser sammenligningen. Radius beregnet fra få eller støyende GPS-punkter kan være særlig usikker. GPS.gov beskriver mottaksfeil nær bygninger og trær. GPS alene observerer ikke rammens orientering.

Hva med sykkelcomputere?

En sykkelcomputer kan samle turdata, men skjermen er bare stedet der tallet vises. For et felt med krengevinkel må du undersøke hvor tallet kommer fra: en intern sensor, en ekstern sensor eller en beregning. Sjekk også om dataene lagres for analyse etter turen. GPS-posisjon, stigning og kompassretning beskriver andre størrelser. En liste over innebygde sensorer er ikke nok til å fastslå at produktet leverer en brukbar måling av krengevinkel.

Sammenligning av metodene

Det finnes ikke ett generelt nøyaktighetstall for hver kategori. Resultatet avhenger av løsningen og forholdene under målingen.

Hvorfor målingen kan bli feil

Akselerasjon er ikke bare tyngde. I en sving påvirker sentripetalakselerasjonen signalet fra akselerometeret. En vinkelberegning som bare forutsetter tyngde, kan derfor bli feil selv i en jevn, rolig sving. Filtrering av vibrasjoner fjerner ikke denne vedvarende påvirkningen. Analog Devices forklarer begrensningen i AN-1057.

Gyroskoper kan gi vinkeldrift. De måler rotasjonshastighet; når en liten systematisk feil summeres over tid, vokser vinkelfeilen. Sensorfusjon kan hjelpe, men de andre referansene har også begrensninger. Androids gyroskopveiledning beskriver støy og kompensasjon for drift.

Montering og kalibrering er forskjellige oppgaver. Sensorkalibrering håndterer sensorfeil. Innretting bestemmer hvordan sensoren sitter på sykkelen. Et forskjøvet feste ødelegger dette forholdet, og veiskråning gjør en enkel nullstilling mer komplisert. Vibrasjon kan forstyrre signalet, mens kraftig glatting kan forsinke den tilsynelatende vinkeltoppen. Når magnetiske målinger inngår, kan magnetiske forstyrrelser i nærheten gi en ekstra feilkilde.

Derfor bruker Krengo en fastmontert IMU

Krengos tilnærming er en egen logger basert på BNO055, med et fast forhold mellom sensor og sykkel. Det gjør monteringen gjentakbar og uavhengig av en mobil som beveger seg i lomma. Hensikten er å lagre data som kan undersøkes etter turen.

Designvalget gir et utgangspunkt for validering. En nyttig kontroll sammenligner først kjente vinkler i ro, deretter tidsjusterte målinger mot en uavhengig referanse under bevegelse. Dokumenter festet og se på gjentatte passeringer, ikke bare det høyeste tallet. Les byggeguiden for en krengevinkellogger om oppbygningen og artikkelen om hvor mye en racersykkel kan krenge om fysikken. En vinkellogg måler ikke hvor mye dekkgrep som gjenstår.