精度1% !!!（中） #解剖功率2/7# —77bike折叠自行车-骑行旅游改装交流

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大学生

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只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2016-10-14

— 本帖被 77版务_美玲执行加亮操作(2016-10-28) —

详解功率计工作原理与性能评估,第2集精度1%！！！
通篇没有打算具体说谁好谁坏

本文旨在剖析功率玩法,让其真正走近大众,除了硬件和价格外,我们更需要的是知识
大约3成的玩家,第1句话都是你们的精度怎么样?而这1%~2%的数字到底是怎么来的?先看个目录
标定过程
~~温度补偿~~
~~1%这个数字怎么来的~~
注：写完发现太长了，温补和精度留到下一集吧~
1，标定原理：
简单说,
电路部分都有误差( 比如放大电路阻值误差导致的放大倍率误差）
机械部分都有加工公差,金属本体内部微观结构也有不同
每台功率计实际扭矩测量原始值和实际扭矩之间不会是完全线性的关系，且比例也有微小差异。

对此，需要使用专门测试机台对其进行连续的扭矩加载和卸载，记录这个过程中的测量值和实际扭矩值，生成一个每台设备唯一的实测数据表并录入到设备MCU的Flash储存器中。在正常工作时，程序会根据这个表的数据对实际测量值进行修正，得到最终的测量值。
翻译：需要分别对每个功率计施加力量，并记录其形变量（测量值），与施加的力量值一一对应，存储，才能在真正使用中测得正确的数值。
这个过程，称为标定
也是整个功率计生产过程中最有技术含量的步骤（没有之一）
早先时候4iii推出过交由用户自己DIY贴模块的版本,想把这最复杂的环节交给用户，最后失败了。

2，形变模式：
按照一般理解，功率计的硬件部分形变应该是线性的才对（即形变量与所受力正相关）
注：非线性假设==形变量与所受力的相关性并无明显（线性）规律
然而，从测量标定飞轮功率计的经验来看，实际采集到的电桥电位（ADC测量值）曲线，会受到轴承支撑系统所带来的影响，以及应变计本身工艺的原因，而发生一定的波动，并不能用线性假设代替。同样地，在开发盘爪功率计的过程中，我们也在一开始就先假定ADC值并非遵循线性假设，并以此为基础设计标定系统。

一个典型的飞轮adc校准曲线。从形态来看似乎还算线性

但是一旦换算成斜率变化（也就是放大系数曲线），立马能看出来不能套用线性假设了

盘爪也存在同样的状况

3，标定方式：
a，静态线性标定
即通过施加恒定力矩（挂一固定秤砣），来对应标定功率计的adc测量值

SRM的校准方式，是取盘爪在固定扭矩、不同角度下的平均adc值

手工检测，144个点，每2.5度测量一次，手工记录，我猜售价中有超过3成是付给这位小哥的

Quarq 自动标定机台，原理与SRM相同

Quarq在销量上比SRM翻番，价格上折半，功劳就在这台（静态）自动标定机台了
整个转动、测量、记录、写入的过程全部自动化，不需要支付高昂的工程师薪水，一点电费就够了
对比SRM和Quarq的标定方式，可以看出无论是自动还是手动，他们都是基于线性（形变）假设的。
b、动态非线性标定

Power2max 动态标定机台

这个超厉害了，等会详细说说，以个人的理解来看，这套标定系统甩开Quarq 一个铺位，SRM 一整条街
原理上大致就是两侧分别有动力/阻力机构，不断调整扭矩以实现尽可能真实使用环境下的全范围标定
关于标定的细节流出的不多，只能分享一下兔飞、兔爪、（麻辣）兔腿的标定方式了
兔子怎么做：
第一代静态手动非线性标定机台
一端固定功率计，通过杠杆放大扭距倍率，通过改变秤砣数量实现不同扭距，这样标定出全量程范围内的ADC曲线
这种标定方式和SRM一样，非常费时，平均每个飞轮要花上2~3小时，并且因为秤砣的微小晃动都会对读数造成影响，这个过程总让人感觉不那么科学

第二代静态自动非线性标定机台
自动化的标定过程，极大缩减了人工成本，并且让产线得以复制，所以价格也是比较感人

比较美好的梦想设计图

现实中的样子~

左侧电动滑台向上运动，通过位移扭矩转换器将位移转变为施加的力矩，通过杠杆加至待测功率计上。通过采集滑台和转换器之间的高精度传感器测量值，可得到实际施加在功率计上的扭矩。

此设备可依照程序设定，完全自动化完成所有测试，数据采集，结果分析，扭矩标定表的数据输入，而不需要人工操作，最大程度上提高生产效率。因为完全自动化，采集点的密集度可以达到500个。
-------------------------------------下面这段谨慎阅读--------------------------------
功率计安装位上的特殊技术点：
1.      盘爪转接座

为提高设备使用效率，减少拆装的时间损失，盘爪会先行安装一个盘爪转接座，得以快速装机。
安装转接座可以在设备运行时进行，因此可以有更多时间保证转接座和盘爪的装配达到一致性的要求（如螺丝锁紧扭力控制等）。
2.      径向力支撑柱
此设计可以保证盘爪仅受到最纯粹的扭转力，杠杆的重力全由此柱承受。其和盘爪转接座通过两个轴承接触，因而不会对测量造成额外误差。
3.      膨胀式固定柱
相比传统盘钉锁紧方式，此锁紧速度更快，同时可以自动找心，确保盘爪的外围固定位不会因为加工工艺分散性的原因导致受到额外方向的力，再次保证测试条件的纯粹性。

装配位示意图

此设备主要目的是尽可能模拟理想状态下的纯扭工况，以获得不受任何外界因素影响的扭力-测量值对应关系。
技术参数：
扭矩控制分辨率：0.007NM
施加扭矩范围：0-180NM
最大扭矩变化速率：28NM/S
扭矩测量精度：+-0.05NM
扭矩测量范围：0-200NM
大致测试流程：
a)     标定台执行自检和校准程序，消除自身误差
b)     盘爪安装完成后，标定台先连续对盘爪进行10次快速全范围扭矩加载和卸载，释放内部应力，确保各装配面均咬合到位。
c)      机台开始对盘爪缓慢增加施加的扭矩，到达最大值后缓慢减少施加的扭矩。同时通过蓝牙读取盘爪测量结果，与实测结果一同保存。此步骤重复5次，获取5组加载卸载曲线。
d)     对上一步获得的结果进行处理，同时根据数据的合理性检查是否存在质量问题。若一切皆符合要求，自动生成设备所需的力矩测量修正表，并通过蓝牙自动输入设备保存
第三代动态自动标定机台（就是Power2max那种）
目的：模拟实际盘爪工作状态，在多种工况，如大小盘，不同链线档位，不同转角下检测实际施加力矩和测量结果之间误差，计算一个工况误差修正值，保证在全体工况下工作室，总的平均误差最低。
----------------------------今天大家看了太多技术文了，我们来讲个故事--------------------------

kistler 4503a 精度0.01%

KISTLER(奇石乐）是世界领先的的传感器测量压力、力、扭矩和加速,以及相关的电子产品和软件供应商。
反正就是超厉害，而这个扭距传感器（市售6万左右）正是符合我们“动态扭矩标定机台”需求的核心零件之一
而此时出现了一个神秘任务，崔朝飞，车手圈的传奇，但真正让我认识这个名字并且烙印于心的，是下面这条2015年的微博（崔总任职于kistler中国）

恩，穿上西装后，进入另一片战场，此时自行车带来的是更强劲的耐力和意志力。
穿上西装后，我也一样偶尔会回到另一个电子竞技的世界中，但是当下，我更热爱运动自行车，我们还有很多好玩的东西和事没有做
下面进入正题，很快我们联系上了崔朝飞，表明了我们的购买意愿
崔：哦，你贴的这个图是国内copy我们设计的山寨，确实挺实惠的。
兔几：不是要山寨，我们真的要买奇石乐
崔：其实差别不大的，你们这个精度用国内的货也足够了
花了不少力气，总算让崔总明白我们不是来搞笑的，国产与否不重要，品质过硬才是重点。国货的诸多不靠谱标签，需要自己一点点撕下
下面是讲讲怎么把这个铁疙瘩用起来，很难看懂，建议看看图差不多了

设备介绍：
       通过控制动力端和阻力端步进电机的角位移之差，由角位移-扭矩转换器转换为恒定的施加在功率计上的扭矩。通过KISTLER高精度双量程动态扭矩传感器即可测得实际施加在功率计上扭矩。
       通过前后移动阻力端链线角度调整底座，即可实现不同链线角度的模拟。
       此设备配备有3种量程范围的测量结果，有大量程范围的S型传感器输出（200NM范围，误差+-0.5NM），双量程的KISTLER动态扭矩传感器输出（100NM范围，误差+-0.1NM；10NM范围，误差+-0.01NM），用于不同测量范围和测量精度条件切换使用。
此设备可依照程序设定，完全自动化完成所有测试，数据采集，结果分析，扭矩标定表的数据输入，而不需要人工操作，最大程度上提高生产效率。
       此设备最大程度的模拟了实际工作工况，一方面用于检验设备在不同实际工况下的误差范围，同时根据这个来对理想受力模型进行小幅度修正。
大致测试流程：
a)     标定台执行自检和校准程序，消除自身误差
b)     盘爪安装完成后，标定台先连续对盘爪进行5次不同角度时快速全范围扭矩加载和卸载，释放内部应力，确保各装配面均咬合到位。
c)      依次选择（大盘，小盘）X（上斜，直拉，斜拉）组合中的一种工况，在恒定扭矩连续旋转10周过程中，连续记录旋转角度，实际扭矩，测量扭矩。
d)     对上一步获得的结果进行处理，同时根据数据的合理性检查是否存在质量问题。若一切皆符合要求，自动生成设备所需的工况修正系数，并通过蓝牙自动输入设备保存
技术参数：
扭矩控制分辨率：0.05NM
施加扭矩范围：0-180NM
S型传感器测量范围：0-200NM
S型传感器测量精度：+-0.5NM
KISTLER传感器测量范围：100NM/10NM
KISTLER传感器测量精度：+-0.1NM/+-0.01NM
下集预告：
并没有下集预告
10月23日兔几科技新品发布会
13：00~14：00 签到
14：00~16：00 发布会
16：00~17：00 现场体验
上海后滩秀场
现场各种好礼送
感谢关注~