突破現有自行車功率技術,AROFLY功率車錶特別的量測方法可以有效降低成本又縮小體積…

2017.04.20 04:44PM
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是突破現有自行車功率技術,AROFLY功率車錶特別的量測方法可以有效降低成本又縮小體積…這篇文章的首圖

自行車跟慢跑活動是這幾年開始被大眾接受的運動,伴隨而來的周邊配件也漸漸發展起來, 早年這些活動的能量消耗評估只能倚靠單純的時間消耗、疲累程度來自己抓個大概,但是隨著運動科學的發展漸盛,各種評估的儀器出現,讓運動者可以更掌握運動的節奏、消耗,從而對身體狀況以及運動績效做出評估,也因為如此,各種心率錶、運動手錶也開始在市場上發展。

 

自行車的四種數據

近年自行車的發展有目共睹,15~6年前個人購買第一台自己的運動/通勤兩用自行車時,就發現所謂的"車錶",當時車錶的價格不便宜,莫約要7~800元,安裝之後可以看到速度跟里程,看看自己騎到了時速多少,非常的有成就感,畢竟運動的成果可以轉化成實際可見的數據,對激勵自己持續運動相當有幫助。
自行車的主要計算數據有四種,速度(距離)、踏頻(迴轉率)、心率(心跳)、以及功率計,速度表透過安裝在輪子上的感應磁鐵,計算每分鐘旋轉的次數從而得知速度跟距離,這是最基礎的數據,畢竟跑得越快,能量消耗得越多。而踏頻,也是用上述相同的原理來偵測踏板的旋轉頻率,得到所謂的"迴轉率",進而推估你所消耗的能量,因為根據研究顯示,騎乘腳踏車時的能量輸出在每分鐘80~100次迴轉時最有效率,所以利用踏頻,可以更準確的推估消耗的能量。心跳錶就更進一步,透過安裝在身上的心跳帶,測量出每分鐘心跳次數來推估熱量的消耗,如果搭配速度、踏頻,就能得到更準確的評估。

 

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(上圖為自行車行進時的力量傳遞示意圖)

至於功率計?那是另外一個世界,上述的車錶價格從一兩千出頭、到高價的約略落在5,000~8,000,但功率計的世界是另外一回事,簡簡單單就是兩萬起跳,高貴的機型甚至高達五~六萬,跟上述的車錶完全是兩種不同的狀況,為何會如此?對於騎乘腳踏車來說,身體透過踩踏傳達給腳踏車的力量,會透過踏板、曲柄、大盤、鏈條、飛輪、花鼓、後輪框、輪胎這樣的順序傳達到地面,所以車子前進力量來自於腳踩踏的輸出,而自行車的各種設計,就是讓整個傳導的過程更順暢、損耗更少,而功率計就是在測量,在這個過程中,身體輸出了多少力道給車子。

 

功率計的難題

功率計的概念雖然簡單,但因為整體的傳導過程經過許多的零件轉換,所以測量的方式也相當多種,準確率也不一而同。有的廠商把功率計安裝在曲軸上,測量扭力來推估功率,有的廠商把功率計設計在大盤上,透過測量大盤的變形來推測使用者施加在車子上的力道,理論是離身體施加力量給車子地方越近、損耗愈少、測量到的數據越準確,但有另外一派的研究人員並不這麼想,身體施加了力道給車子,如果沒有良好的動作、平衡,以及適當的節奏跟施力,最後傳導到地面上的力道會損耗過多,所以測量車子最後給地面的輸出,才會是正確的功率輸出。

兩派的說法其實各有道理,單純從熱量消耗的觀點來看,前者功率計的設計能夠了解身體輸出的能量,也才能讓車手評估自己的體力輸出與極限,進而實現體力維持的訓練,而從調整騎乘姿勢跟完成有效輸出的觀點來看,後者的功率計設計才能夠有效地提供數據讓車手進行評估,但不論何者,測量的工具都是透過偵測扭力、G力、或者形變來提供數據,這些的測量儀器要價都不菲,這也是功率計價格居高不下的原因,也讓一般的自行車愛好者很難跨入功率計的領域。

 

AROFLY?

 

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這次試用的AROFLY車錶,一開始的規劃就是要提供自行車愛好者一個可以負擔的價格跟完整的數據量測功能,著眼點除了完整的數據,也希望能夠提供相對準確的功率數據,讓使用者可以在進行自我訓練時,有著可以參考的指標,而背後的原理,其實是透過踩踏動力鏈原理與大數據的概念而來。

大數據跟深度學習這兩個詞在近年來一直被使用,如果不管科技部分的技術該如何著墨,用白話的方式來說就是用大量數據建立一個準確度與信心水準符合預期的轉換模型,或者應該說預測模型,這樣當下次的量測數據出現,就可以透過這個轉換/預測模型知道真正的數據應該是如何,AROFLY背後的研究團隊透過了簡單的公式闡述了力量的傳導,再藉由數據的量測對應出力量的傳導損耗,而得到我們想要知道的數據。可別小看這樣的數據模型,在自行車界廣泛運用的Strava,也是透過數據模型與分析的概念而來,藉由大量的數據(使用者上傳至雲端),以及地形的資料,搭配使用者騎乘的路徑跟速度,便可以進行準確度不錯的功率(能量輸出)推估,這在以往是很難辦到的,而現在透過數據的運算跟更高速的運算模擬,卻能夠達到不錯的結果。

或許有些人會對預測模型的準確度感到擔心,但說個簡單的事實,Yahoo跟Google,便是不同類型的代表,多年前,Yahoo建立了龐大的資料庫,當使用者輸入關鍵字,便在資料庫中搜尋資料,透過不斷優化的搜尋方式跟硬體提升,達到快速準確的搜尋結果,而當時新崛起的Google卻採用不同的思維,他們利用了使用者的搜尋習慣以及對網頁資料進行評分、分類、特性化,建立了一個預測模型,當使用者輸入關鍵字時,他透過預測模型縮小要查找的資料範圍,再去比較小的資料庫中擷取資料呈現,換句話說,Google他"猜"你想要找什麼資料,然後給你他"猜"的結果,而事實證明,當網路的資料越來越多,使用模型預測反而更加快速準確,不能否認,Google也需要大量的硬體跟運算,但卓越的演算法跟模型預測能夠分攤硬體所需要的效能。

 

數據背後的秘密

跟一般的功率計不同,AROFLY使用精準但是相對簡單的氣壓量測,搭配現在已經相當成熟的G力感應器(加速度感應器),來計算上述的相關數據,或許你會很疑惑,這兩樣東西怎麼得出上面的數據?其實就是歸功於現在CPU的計算能力與細心調校的預測模型,AROFLY是安裝在輪胎的氣嘴上的,而輪胎每次的轉動都會有G力的改變,透過這個改變,就可以知道輪胎轉動的頻率,或許你會問,G力又不是固定值,轉動的快慢也會影響數值的大小,如何知道正確的頻率?其實只要知道輪胎每次的轉動的時間,就可得到正確的旋轉頻率,進而推算出騎乘的速度,並不需要知道G力值的大小。

而同樣的道理,透過氣嘴上的壓力量測,可以得知輪胎接觸地面時壓力的變化,當踩踏那一瞬間,會有一點點的壓力變化,透過CPU計算感應器紀錄的變化出現頻率,便可以得知踩踏頻率,再透過建立壓力板量測與輪胎氣嘴壓力變化的對應模型,就可以得到準確的踩踏力量,由以上這些資料便可推算出車子最後給地面的功率輸出。但是實際騎乘並非都是穩定的狀況,不同的路況、不同的騎乘方式等都會影響功率輸出對應模型的準確性,因此必須透過數據模型的概念,透過反覆收集的新數據跟實際量測值再去校正推算數值的計算模型。

 

安裝與使用

 

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說了這麼多,實際的使用狀況又是如何?AROFLY除了親民的入手價格,簡易的安裝跟操作也是他的賣點之一,需與智慧型手機搭配使用,藍牙無線傳輸。只要鎖在上後輪氣嘴上就算安裝完成。簡單的外包裝,只有一個簡單的感測器,所有的功能都透過APP操作

 

 

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感測器本身很小,約略是5元硬幣的直徑,另外有一個轉接頭(美嘴/法嘴),以及用來拆卸感測器的小板手,換電池的時候會用到

 

 

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因為數據的讀取跟分析要透過手機操作,所以已有附上一個用來固定手機的束帶,試用之後還算穩固的,可惜騎乘時震動還是會有一點滑動,適合給一拆開就等不及搶先使用的人。

 

 

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設定畫面要填入一些個人資訊,是車錶在量測數據之後轉換數據的判斷標準。配對車錶 (Bonding Arofly Device)相當簡單,直接在設定畫面點擊就可以(要記得先打開手機的藍牙)

 

 

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第一次設定別忘記把語言切換為中文,不然就是英文介面哦

 

 

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APP可以在Google Play找到並簡單安裝,Android版的畫面不知道為何沒有對齊,但iOS就運作正常,但設定算是相當簡單。不過有一點需要注意一下,若安裝使用之後發現和上圖一樣的狀況-只有速度但功率和踏頻為0,就代表氣沒有通,請檢視氣嘴或是AROFLY是否安裝好,否則壓力感應不到則呈現為零。但G sensor可以測得到速度,所以速度有數字。在初步安裝時大概要注意的就是這點了,各個項目的數字都有動作,才能確認是正確安裝,確認氣有通。

 

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室內訓練台使用時就沒有GPS高度了。訓練台以使用滾筒式的最為理想,其次為前輪三角架式的。

 

想了解更多更完整的使用方式可以參考以上使用步驟說明影片

結語

車錶的世界相當廣大,產品也眾多,但從安裝跟使用上來說,AROFLY的確是容易學習跟入手的商品,而且相較於他的實惠價格,更是有著超出一般車錶的C/P值,並且有不錯的準確度與功能,跟傳統車錶利用物理跟工藝技術來得到數據不同,AROFLY採用了新的思維邏輯,透過踩踏動力鏈原理與資料運算模型來得到一樣的結果,這也提供往後升級的可能性,透過演算法的更新、累積資料之後的模型修正,便能夠讓結果更加準確無誤。

當然,AROFLY並不是完全沒有缺點,ANT+/Strava的支援、路面震動雜訊的濾除、高度與功率之間相互關係(爬坡與下坡)的修正、以及不同車架的傳導效率校正等等,這些意見開發團隊其實都已知道,也正在思考該怎麼提升產品的性能與演算法,但繼續的開發需要資金,這也是AROFLY正在努力的地方,如此一來,才能有更多的產品更新以及新功能發表。

透過這次的試用,接觸到了AROFLY背後的團隊,了解他們對產品的規劃,以目前的車錶來說,搭配智慧型手機就是一個入門的車表,速度、踏頻、作為輸出力道曲線評估的功率計、以及透過功率/速度/踏頻變化綜合而知的熱量消耗。都是一般自行車騎乘/訓練會需要知道的資訊,後期的進階版將會多搭配一個顯示用的車錶,取代現行必須使用手機來讀取數據跟操作的缺點,該車錶也會內建一些感應器,搭配原有的感測器,不但可以改善前述的一些缺點,更可以提高數據的精準度,連結心跳錶來作數據紀錄。

AROFLY團隊本身在規劃產品時,是用模組化的概念在進行,所以原本購買AROFLY感應器的消費者也可以加購這個車錶來升級,達到更好的效果,而團隊也告知他們正在跟Strava進行授權跟串接,允諾透過軟體的升級盡快加上Strava的功能(測試文章發布的當下,團隊已經加上Strava的功能了),綜觀以上,入門版的AROFLY的確是個不錯的選擇,畢竟能夠用一般高階產品1/10的價格,取得有著8~9成的功能,而且還有升級的空間,對想要使用自行車進行自我訓練的消費者來說是很划算,而未來透過軟體的更新、升級套件的加購、甚至將來會加入的校正功能,都能讓你手上的AROFLY能力再往上提昇,希望開發團隊能加緊腳步,讓產品本身更完美,完成更多使用者的要求。

 

AROFLY規格:

‧    適用手機:iPhone 4S, 5, 5S, 6, 6 Plus or later
                        Android Smart Phone Mobile OS 4.3 or later
‧    電力來源:CR1632鈕扣電池。
‧    續航力: 依使用狀況不同,約1,000~1,500公里(實驗室數據)
‧    直徑:2公分
‧    重量:<10 g
‧    可搭配心跳帶、運動手環等擴充功能

更多資訊參考這裡

 

關於作者:Parsalian:年近40的宅男工程師,從研究所時栽入單車世界,最熱血的時期保持一個禮拜騎乘6天的運動頻次,雖有15年單車經歷,卻因為宅男足不出戶的天性而在體力上絲毫沒有進步,但喜歡用工程師的性格來了解身邊所有事物,富有研究精神也熱愛與人聊天學習新知。

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