Câu hỏi của bạn rất đơn giản nhưng một câu trả lời đầy đủ thì phức tạp. Câu trả lời đơn giản nhất là chỉ đến Phần 2 (đặc biệt là chương 4) của Wilson và Papadopoulos (2004) , hoặc đánh giá gần đây của Debraux et al. (2011) , hoặc bài báo của Martin et al. (1998) . Tuy nhiên, ngay cả những bài báo này cũng không đề cập đến các phương pháp tiếp cận tận dụng tốt hơn dữ liệu có sẵn từ các máy tính và đơn vị GPS hiện đại. Một số nền tảng về phương trình kéo năng lượng sẽ giúp bạn hiểu tại sao có rất nhiều cách khác nhau (với mức độ chính xác, độ chính xác, độ khó và chi phí) khác nhau của việc ước tính lực cản.
Phương trình để chuyển đổi tốc độ thành sức mạnh được hiểu rõ. Tổng công suất yêu cầu có bốn phần:
Total power = power needed to overcome rolling resistance +
power needed to overcome aerodynamic resistance +
power needed to overcome changes in speed (kinetic energy) +
power needed to overcome changes in elevation (potential energy)
Trong số này, phần đơn giản nhất là sức mạnh cần thiết để khắc phục những thay đổi về độ cao. Sức mạnh cần thiết để giải thích cho sự thay đổi năng lượng tiềm năng và để khắc phục những thay đổi về tốc độ rất đơn giản:
watts(PE) = slope * speed in meters/sec * total mass * 9.8 m/sec^2
watts(KE) = total mass * speed in meters/sec * acceleration
Có một phần nhỏ của thành phần KE do mô men quán tính trong các bánh xe nhưng đối với xe đạp có xu hướng nhỏ và chúng ta thường bỏ qua nó. Tuy nhiên, các phương trình cần thiết để mô tả lực cản lăn và lực cản khí động học phức tạp hơn một chút. Bài viết của Martin và cộng sự, được trích dẫn ở trên, cung cấp thêm chi tiết nhưng nếu chúng ta có thể bỏ qua gió thì thành phần khí động học đơn giản hóa thành
watts(aero) = 0.5 * rho * CdA * (speed in m/s)^3
Trong đó rho là mật độ không khí tính bằng kg / m ^ 3 và CdA là vùng kéo ("A" là vùng phía trước và "Cd" là hệ số lực cản; CdA là sản phẩm của họ và có thể được coi là "tương đương" diện tích của một khối lập phương vuông góc với hướng gió với mặt của khu vực A).
Cuối cùng, sức mạnh cần thiết để vượt qua lực cản lăn (bao gồm lốp, săm và ma sát ổ trục) là
watts(RR) = Crr * total mass * 9.8 m/sec^2 * speed in m/s
Crr là hệ số của lực cản lăn.
Bây giờ, nếu bạn đi đến một máy tính trực tuyến như tại Analyticcycling.com bạn sẽ thấy rằng bạn phải cung cấp giá trị cho rho, CRR, Cd, và A; sau đó, với một giá trị cụ thể của tốc độ và độ dốc, nó sẽ tính toán công suất. Thật dễ dàng để tìm các tính toán trực tuyến cho mật độ không khí, rho, nhưng khó hơn nhiều để tìm ước tính của Crr và CdA (hoặc riêng biệt, Cd và A).
Cách dễ nhất (nhưng đắt nhất) để ước tính CdA là trong một hầm gió. Ở đó, một vật thể được gắn trên một cái cân (về cơ bản, một tỷ lệ phòng tắm rất chính xác và chính xác), gió ở tốc độ đã biết được áp dụng, mật độ không khí được đo và tổng lực tác động lên vật thể được đo bằng thang đo. Watts là lực (tính bằng Newton) * tốc độ (tính bằng mét / giây) nên lực (tính theo Newton) = watts / tốc độ không khí = 0,5 * rho * CdA * (tốc độ không khí ^ 2). Người vận hành đường hầm biết rho, biết tốc độ không khí và quy mô phòng tắm đắt tiền đo lực để bạn có thể tính toán CdA. Ước tính đường hầm gió của CdA được coi là tiêu chuẩn vàng: khi được thực hiện trong một đường hầm tốt với các nhà khai thác có kinh nghiệm, các phép đo là chính xác và lặp lại. Trong thực tế, nếu bạn muốn biết riêng về Cd, bạn ' d đo diện tích phía trước A bằng máy ảnh kỹ thuật số và so sánh nó với ảnh kỹ thuật số của một vật thể (như hình vuông phẳng) của khu vực đã biết. Như một khía cạnh lịch sử, gần 100 năm trước Dubois và Dubois đã đo diện tích mặt trước bằng cách chụp ảnh một người và một đối tượng tham chiếu, cắt các bức ảnh dọc theo đường viền của vật thể, và sau đó cân nhắc các điểm cắt trên các thang đo nhạy cảm.
Tuy nhiên, sức cản trong lốp, săm hoặc vòng bi không bị ảnh hưởng bởi tốc độ không khí, vì vậy người ta không thể ước tính Crr từ dữ liệu của hầm gió. Các nhà sản xuất lốp xe đã đo lực cản lăn của lốp xe của họ trên các trống quay lớn nhưng họ không thể đo được lực cản khí động học. Để đo cả Crr và CdA, bạn cần tìm một phương pháp đo cả hai và cho phép bạn phân biệt giữa hai. Các phương pháp này là các phương pháp ước lượng trường gián tiếp và chúng thay đổi rất nhiều về độ chính xác và độ chính xác của chúng.
Cho đến 20 năm trước, phương pháp trường gián tiếp phổ biến nhất là xuống một ngọn đồi có độ dốc đã biết và đo tốc độ tối đa (còn gọi là vận tốc đầu cuối) hoặc tốc độ khác khi đi qua một điểm cố định trên đồi. Vận tốc đầu cuối không cho phép bạn phân biệt giữa Crr và CdA; tuy nhiên, nếu một người đo tốc độ tại một điểm nhất định và có thể kiểm soát tốc độ "nhập" trên đỉnh đồi, thì bạn có thể kiểm tra ở các tốc độ nhập khác nhau và có đủ phương trình để giải cho hai ẩn số, Crr và CdA. Như bạn có thể mong đợi, phương pháp này rất tẻ nhạt và có độ chính xác kém. Tuy nhiên, nhiều phương án thay thế khéo léo đã được khám phá, bao gồm cả việc thả xuống các hành lang không có gió hoặc bên trong nhà chứa máy bay lớn, và đo tốc độ đến độ chính xác tương đối cao bằng cách sử dụng "mắt điện" hoặc dải thời gian.
Với sự ra đời của đồng hồ đo điện trên xe đạp, những cơ hội mới đã xuất hiện để đo lường lực khí động học và lực cản lăn. Nói tóm lại, nếu bạn có thể tìm thấy một con đường có gió bằng phẳng, bạn sẽ đi xe với tốc độ không đổi hoặc sức mạnh trên đường; sau đó, lặp lại ở một tốc độ hoặc sức mạnh khác nhau. Yêu cầu "phẳng và được che chắn gió ở tốc độ không đổi" có nghĩa là bạn có thể bỏ qua các thành phần năng lượng PE và KE và chỉ phải đối phó với các thành phần lực cản và khí động học để phương trình công suất tổng thể đơn giản hóa
Watts = Crr * kg * g * v + 0.5 * rho * CdA * v^3; or
Watts/v = Crr * kg * g + 0.5 * rho * CdA * v^2
Trong đó g là gia tốc do trọng lực, 9,8 m / giây ^ 2.
Công thức thứ hai có thể được ước tính dễ dàng bằng phương pháp hồi quy tuyến tính trong đó độ dốc của phương trình có liên quan đến CdA và phần chặn có liên quan đến Crr. Đây là những gì Martin et al. đã làm; họ đã sử dụng một đường băng máy bay, tính trung bình các lần chạy theo cả hai hướng và đo áp suất khí quyển, nhiệt độ và độ ẩm để tính toán rho, và đo và hiệu chỉnh tốc độ và hướng gió. Họ phát hiện ra rằng CdA được ước tính bằng phương pháp này đã đồng ý trong phạm vi 1% CdA được đo trong các hầm gió.
Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu đường bằng phẳng và tốc độ (hoặc sức mạnh) không đổi trong suốt thời gian chạy thử.
Một phương pháp mới để ước tính CdA và Crr đã được phát triển nhằm khai thác khả năng ghi âm của nhiều máy tính xe đạp hiện đại và đồng hồ đo điện xe đạp. Nếu người ta có tốc độ ghi từng khoảnh khắc (và tùy chọn, công suất) thì bạn có thể đo trực tiếp các thay đổi về tốc độ để có thể ước tính thành phần công suất KE. Ngoài ra, nếu bạn đi vòng quanh trong một vòng lặp, đường không cần phải bằng phẳng vì bạn biết rằng khi trở về điểm bắt đầu của vòng lặp, thay đổi độ cao ròng sẽ bằng 0 nên thành phần PE ròng sẽ bằng không. Phương pháp này có thể và đã được áp dụng để kéo xuống những ngọn đồi có sự thay đổi độ cao ròng đã biết (nghĩa là bạn không cần phải có độ dốc không đổi và nếu bạn có thể biết rằng sức mạnh bằng không). Ví dụ về phương pháp này có thể được tìm thấy ở đây và đâyvà, khi được thực hiện một cách cẩn thận đã được chứng minh là đồng ý với ước tính của hầm gió của CdA trong vòng 1%. Một bài thuyết trình video ngắn về phương pháp có thể được tìm thấy bắt đầu từ khoảng 28:00 tại đây . Một đoạn video ngắn của phương pháp này được sử dụng trên một Velodrome có thể tìm thấy ở đây