【7月23日】ELITEローラ台hackーローラ台負荷測定まとめー

ELITEローラ台HACK 力学解析作業を始めて10日経過しました。
未だ未解明の部分があるのですが、解析だけで時間を喰ってしまうとMAKERSが出来なくなってしまうので、作りながら考えていくことにします。

●負荷抵抗測定やったこと
やった事①:エネルギー基準で慣性モーメントとブレーキトルク測定
やった事②:PushPullゲージでの抵抗力測定
(フライホイール、タイヤ)
やった事③:Elite Force magの公開データ計算、磁気ブレーキ機構調査

①エネルギー基準で、おもり落下エネルギーから
慣性モーメントとブレーキトルクを測定演算
Elite_sokuteikekka160720
・慣性モーメントは円盤の慣性モーメント公式計算値に近い
・ブレーキトルクは、桁違いに小さいので何百Wもだせない値
<未解明課題として備忘録として記録>
DSCN1152

②Push Pullゲージで引っ張り力を測定
PushPull_data
・フライホイール単体と後輪でのトルク測定値は、ほぼ一致した
・手で引くと静トルクは、引っかかりと慣性でばらつき大なので
今回は、エンコーダの初回エッジが出た瞬間を測定点とした。
・上記①のブレーキトルクの10倍で1桁大きい結果であった。
DSCN1203
DSCN1233
NewFile9

③ELITEローラ台の公開データからの計算
Force MagのW数ー速度グラフが公開されているので、そのグラフを読んで計算<低速だとW数でてませんので登坂できないですね>
http://www.riogrande.co.jp/catalog/node/28594
MagForce720
プロットをIllustratorで寸法測定して数値換算して表計算した結果
elite force mag graph
・ダイアル5の場合、速度が上がるとトルクが上がる
・ダイアル1の場合、速度が上がってはあまり上がらない
・トルク値としては上記②の測定値の5~10倍あることになっている

●磁気吸引ブレーキ機構ですがオールプラスチック製で、大きな負荷を支えていて、結構低コスト設計しているので、計測には向きません。

DSCN1228

DSCN1227
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DSCN1230
ダイアル5位置で磁石中心から軸までの腕長が50ミリとなります。
DSCN1231
ダイアル5位置から下げるのに、ワイヤをひくのですが、ワイヤの引き力の方向はトルク方向と直角に近い角度になっていて、ワイヤテンションがブレーキトルクとは無関係な設計になってます。では、ブレーキの反力はどこでささえているのかというと、
DSCN1232
接線力方向は、半円の壁でど当たりさせて反力を受けてます。
ですので、ダイアル5のときに車輪を逆回転させると負荷がばね荷重まで低下します。さらに、強大な磁気吸引力(ギャップ3ミリで10kgfくらいありますが、これは、軸受け周辺の平面で支えてますので、大きな摩擦力となってます。このような機構のため、ダイアルの5->1までのくだりが非常に重い力が必要になります。
※この機構を利用してスマート化しようと思っていたのですが、あまりにも負荷管理がいい加減なので、新たに磁気ブレーキ機構を外側に設計する方向で検討し始めます。

 

●考察と目標
1:共通点
今回の測定値で、実測値2つと公表値1つでそれぞれ桁違いで差があります。しかし、共通して言えるのは、ロードバイクの登坂時の負荷状態を再現できる数値ではない点です。
それは、ブレーキトルクが全体的に小さいからです。
私なら登坂時は、150-200Wで時速5-10km/hで登りますのでこれが再現できるローラ台は、Real turbo Muin で18%登坂再現です。
http://www.riogrande.co.jp/catalog/node/45135
 ホイル軸トルク1Nmあれば大丈夫だと思います。

2:静的測定と動的測定の差
ELITEのW数グラフをみると速度が上がると放物線的にW数が増加してます。ブレーキトルク、転がり抵抗が一定だったら直線的に増えるはずです。上記3つのブレーキトルクの桁違いの差が測定時の回転速度の違いによるものかどうかは、動的にトルクを測定しないといけません。当然ながら、本テーマの目標としているのも動的トルクをモニタしながら実走行することですので、動的測定方法の開発を進めていくということです。

3:タイヤ駆動型ローラ台の限界
現在のタイヤ駆動型で登坂負荷を再現するとタイヤがスリップしてしまうと思います。そのため、ローラの摩擦係数を高めるとタイヤの摩耗、騒音で製品として成り立たなくなるので、高負荷機種は、ダイレクトドライブになっていくのではないかと思います。
では、ELITEローラー台HACKではどするのかということですが、
MAKERSとしては、いかに安く早く簡単に所望の既製品を改造して自分の目的に合致したものに改造するというスタンスです。
たぶん、接線力で1kgf以上だとスリップしてしまうと思いますので
それまでのトルクを速度に関係なくだせるように改造するということです。

4:磁気ブレーキ機構
低コスト化のために工夫してあるのですが、スマート化には適してません、たぶん上級機種の機構はトルク管理しやすい機構になっていると思います。負荷機構は、まともに設計すると高価な部品が必要となるので磁気を利用してできるだけ設計するのが効率がいいと思います。
ただし、速度特性がどうなるかは作ってみないとわからないので磁気ブレーキ機構の冶具を作ってみます。

●目標1:自作パワーメーターとリンクして、タイヤからの出力をモニターできるスマートローラ台

●目標2:登坂10%程度、向かい風の影響を可能な限り再現できるトルク制御機能をもったスマートローラ台

●目標3:ZwiftとANT+でリンクして遊べるスマートローラ台
これは、Zwiftとの通信仕様の情報とANT+のプログラミングなど
実現可能性が未知数ですので、仮目標とします。

●アクション
来週からはベーン式風速計hackを始めますが、上記目標1から準備を進めます。現在は、磁気吸引ブレーキ機構の調査と改造の検討をしております。その記事もアップします。


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