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Utilisation d’un capteur de puissance externe sur un Home Trainer

Utilisation d’un capteur de puissance externe sur un Home Trainer

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Beaucoup s’interrogent sur la possibilité et l’opportunité d’utiliser un capteur de puissance externe sur son Home Trainer afin d’obtenir des références de puissance indoor/outdoor comparables. Cependant, est-ce techniquement faisable et sans effet de bord ?

POURQUOI FAIRE ?

Les motivations d’un tel choix sont souvent guidées par l’envie d’obtenir les mêmes références entre les sessions indoor/outdoor.

En effet, si on écarte le risque de variations lié à l’environnement, les résultats de mesure de puissance seront issus d’un même capteur et donc d’une exactitude constante.

Ce serait donc une forme de Graal absolu permettant de faire le pont entre nos sorties et intégrer de manière transparente nos entrainements. 

Est-ce techniquement possible ?

Oui, d’ailleurs on observe que quasi tous logiciels de simulation offrent la possibilité de choisir indépendamment les connexion de puissance et de pilotage de la résistance. 

Il est donc possible de choisir une source de puissance différente de celle fournie par défaut avec le Home-trainer (et donc d’utiliser un capteur de puissance).

La question n’est donc plus vraiment celle de pouvoir faire, mais de savoir si cela va altérer le fonctionnement du logiciel …

En Théorie, ca donne quoi ? 

Pour répondre à cette question, il convient d’analyser les deux modes classiques de pilotage du Home-Trainer : 

  • Le mode libre, utilisé pour les promenades libres et les courses;
  • Le mode ERG, dédié aux entrainements.

En effet, ces deux modes sont basés sur une boucle de communication entre le logiciel de simulation et les différents capteurs (internes ou externes).

Le mode libre 

C’est le mode par défaut. Celui qui simule le relief pendant les promenades et les courses. Son fonctionnement est simple :

  1. Le home-trainer émet l’information de puissance produite par le cycliste via le canal “Puissance”.
  2. L’information est récupérée par le logiciel et intégrée dans l’environnement du jeu (pente, matériel, aspiration, etc.) afin de déterminer la vitesse.
  3. A partir de cette nouvelle vitesse, le logiciel détermine la résistance que le cycliste subirait et la transmet au home-trainer via la canal “Controlable”.
  4. Le Home-trainer reçoit l’information et l’applique via son unité de contrôle. 

Cette boucle se reproduit plusieurs fois par seconde. C’est le principe de base de tous les logiciels de simulation de cyclisme.

Si on analyse ce fonctionnement, on observe qu’il n’y a pas de dépendance directe entre le capteur de puissance et l’unité de controle de résistance.

  • ni sur le plan logiciel, puisque comme avec le curseur Trainer Difficulty, on peut decoreler puissance et résistance;
  • ni sur le plan matériel, puisque ces parties du home trainer n’agissent pas ensemble. 

Dès lors, il est possible d’ignorer le capteurs natif du home trainer au profit d’un capteur externe. En faisant cela, on se contente de substituer la valeur native par une nouvelle valeur. qui sera prise en compte de manière transparente par rapport à l’ancienne. La valeur du capteur natif sera elle, totalement ignorée.

Le logiciel prendra donc en compte la nouvelle information de puissance que l’on espère plus exacte, calculera donc une meilleure simulation de la résistance que mon home trainer tentera d’appliquer au mieux possible.

Dès lors, il semble que l’on aurait que des avantages à faire fonctionner son système ainsi, pour peu que le capteur de puissance externe soit plus exact que le celui du Home Trainer (je doute toujours de l’interêt de dégrader la précision du système).

Autre avantage : les capteurs externes de puissance incluent quasi tous un capteur de cadence. En général, et notamment pour les capteurs situés au pédalier, celui-ci serait donc plus précis que celui du home trainer. 

En mode ERG

Le mode ERG est le mode de pilotage des home-trainers pour l’entrainement. Au lieu de simuler le relief, il permet d’obliger le cycliste à tenir une puissance cible déterminée par le logiciel.

Son fonctionnement est donc très différent de celui du mode classique : 

  1. Le logiciel transmet la puissance-cible à tenir via la canal de pilotage de résistance (une simple valeur exprimée en nombre de watts).
  2. Le home-trainer analyse la puissance produite par le cycliste et module la résistance afin que la puissance-cible soit tenue par le cycliste (par exemple, en durcissant la résistance si la puissance produite n’est pas suffisante).
  3. Le home-trainer transmet la mesure de puissance au logiciel qui se contente de l’afficher et de l’utiliser pour dire si l’objectif est tenue.

Dès lors, et contrairement au fonctionnement du mode classique, on note qu’il existe un lien matériel fort entre l’unité de pilotage de résistance et le capteur natif du home-trainer. Lors de l’étape 2, ces deux éléments vont travailler ensemble pour moduler la résistance et garantir la tenue de la puissance.

Si j’introduis un capteur externe dans ma chaine de mesure, il faut comprendre qu’il ne sera pris en compte que lors de l’étape 3 (pour la mesure et l’affichage de la puissance). Seul le capteur interne sera utilisé pendant l’étape 2.

Il convient donc d’analyser les éventuelles conséquences de cette situation : imaginons que vous disposiez d’un HT surestimant votre puissance de 10% (c’est qui est le cas de nombreux wheel-on) et un capteur externe produisant des mesures exactes. Si le logiciel demande au home trainer la tenue de 300w (étape 1), ce dernier va donc piloter la resistance pour 300w correspondant à son capteur interne (aucune modification sur l’étape 2). Par contre, la puissance mesurée et retournée pour le logiciel (étape 3) sera réalisée via le capteur externe. Or, compte tenu de l’écart entre les deux, la puissance lue en retour devrait être de 273w et le logiciel pourra considérer que l’objectif n’est pas atteint.

Ce problème semble rédhibitoire car il entâche tout le principe de l’ERG d’une erreur de fond …

Et en pratique ? 

Pour le cas général …

On a vu que le mode libre ne posait aucun problème fonctionnel théorique … Ainsi, on fera des balades et des courses sans problème ni contraintes. La seule chose que l’on notera est un puissance plus instable qu’avec le capteur natif du home-trainer.

Ce phénomène est normal. Il est lié au fait que les capteurs de puissance externes ne lissent pas les résultats comme le font les home-trainers. En effet, par défaut, les home-trainers lissent nativement les données qu’ils produisent afin d’en faire une présentation artificielle le mais agréable. Ce lissage permet également de moyenner les erreurs des “capteurs” bas de gammes (qui sont en fait des algorithmes déterminant la puissance à partir de la vitesse et de la résistance).

Donc, on peut être éventuellement surpris par cette instabilité mais cette dernière est représentative de l’instabilité du pédalage que nous produisons.

… Et spécifiquement Pour le mode ERG

Là, on est dans une configuration totalement différente car on a clairement mis en évidence un biais important !

Il est tout aussi évident que les éditeurs de logiciels de simulation de vélo (TrainerRoad en premier, puis Zwift en 2017) ont pris conscience du problème et ont proposé un paliatif au problème d’écart systématique entre les capteurs.

Les logiciels vont donc observer l’écart entre la consigne et la puissance réellement produite. A défaut de pouvoir piloter autre chose que la consigne de puissance-cible, ils vont compenser l’écart en trichant sur la valeur de consigne. Ce mécanisme est nommé PowerMatch.

Si l’on reprend notre exemple plus haut, le logiciel va demander 300w au home trainer. Le capteur interne va caler la résistance à ce qui est 300w pour lui. Bien sur, notre capteur externe, plus exact, va detecter une puissance “réelle” de 273w et la transmettre au logiciel. Ce dernier va donc déduire que le home trainer surestime la puissance et augmenter artificiellement la valeur de la consigne de puissance pour obtenir une production linéaire de 300w réelle qu’il controlera grace au capteur externe. Dans notre cas, il faudra donc que le logiciel demande 330w de consigne de puissance pour obtenir in fine 300w au capteur externe.

“Plus de problème, me direz-vous !”. Certes sur le papier, ca marche … Mais quid des effets de bord ?

Tout d’abord, nous avons vu que la puissance retranscrite par un capteur externe est beaucoup plus instable (car non lissée). Cette instabilité va donc parasiter le mécanisme PowerMatch.

Ensuite, notre exemple est simpliste : en effet, on considère que l’écart entre le HT et le capteur de puissance externe est linéaire (10%). Or, en pratique, ce n’est pas le cas. L’écart va être extremement fluctuant et va encore aggraver l’instabilité de la mesure du capteur externe. Ces deux effets vont se combiner et parasiter le mécanisme de compensation d’écart.

Donc, il résultera de l’utilisation de l’ERG avec un capteur externe :

  • une instabilité de puissance nettement supérieure à celle constatée en mode ERG natif ou en mode classique avec un capteur externe.
  • une latence plus importante avant que le home-trainer se cale sur la puissance cible. En effet, le temps que le logiciel ne trouve une solution pour remédier à l’écart de puissance entre les capteurs, on constatera une oscillation (sinusoidale) de la puissance à chaque changement de consigne cible.

Le premier risque est donc de ne pas valider les intervalles à cause de cette fluctuation, voire d’être dans l’incapacité d’atteindre la puissance cible sur des intervalles courts.

Le deuxième, dans des cas de fluctuation prononcée, est de ressentir une oscillation de résistance, voire des à-coups dans le pédalage. Dans ce cas, et combinée à la latence du système, on risque d’ajouter sa propre variation de puissance aux parasites à l’algorithme de compensation et ainsi amplifier le phénomène …

Reste à quantifier le phénomène … Et cette partie reste le plus complexe ! En effet, cela est lié au couple home-trainer et capteur de puissance.

En conclusion, ca donne quoi ? 

Il y a un grand interêt à utiliser un capteur externe pour améliorer son système d’entrainement indoor (sous-entendu un capteur plus qualitatif et “précis”). Au delà, d’améliorer le réalisme et la simulation du cyclisme, c’est un gage d’équité dans les courses en collant au plus près de la réalité.

Pour l’entrainement, on gagnera toujours en consistance en pouvant comparer directement ses résultats intérieurs et extérieurs.

La limite semble donc se trouver dans l’impact sur le mode ERG. Malgré les rustines logicielles, ce problème a des effets de bords. De plus, il est dépendant de chaque couple home trainer & capteur externe et donc très difficile à anticiper. Malgré tout, on peut prédire que plus l’écart de précision entre le home-trainer et le capteur externe sera grand, plus l’écart à compenser sera grand et donc plus le risque sera fort …

On peut donc conclure ainsi : il ne faut pas s’attendre à un miracle ! Malgré des bénéfices évidents, l’apport d’un capteur de puissance externe ne transformera pas un un Tacx Flow en Tacx Neo … On va effectivement augmenter l’exactitude, mais on va altérer la réactivité et l’homogénéité native du home-trainer.

L’idéal reste d’avoir un home-trainer exact offrant une correspondance impeccable avec son capteur externe. C’est encore la dernière chose qui justifie les prix astronomiques de tels équipements …

A propos de l'auteur

Bertrand PASQUIER

En recherche permanente d'une réponse à la question "Combien de vies dans une vie ?" ... Ou comment concilier sport, travail, famille, amis & passions !

6 commentaires

  1. blondel

    Bonjour et merci pour le travail réalisé.

    Une question me revient souvent : comment se fait-il qu’aujourd’hui, j’obtienne moins de 1% de marge d’erreur entre la puissance donnée par mon capteur dans les pédales et celle donnée par le HT Neo sur Zwift ?

    Il me semblait que la puissance prise au niveau des pédales devrait être théoriquement supérieure à celle prise dans les manivelles elle-même supérieure à celle prise au niveau du boitier et elle-même encore supérieure à celle prise au niveau du moyeu/cassette du HT (cela compte tenu des pertes dues aux résistances, frottements… de toute la chaine de transmission + orientation de la poussée sur les pédales, qualité du pédalage…).

    Merci pour votre avis !

    Bonne journée

    Réponse
    • Bertrand PASQUIER

      Bonjour,

      Compte tenu des précisions instrumentales des deux appareils (environ 2% chacun) et de la perte de la transmission (2 à 3%), donc tu es “sur le trait” …
      Les erreurs et pertes se cumulent … Si ton HT, est dans une zone +4/-7% par rapport a tes pédales, tu peux considérer que tout fonctionne bien !
      Ta chance est que la combinaison de ces facteurs semblent se combiner en s’annulant (presque) …

      Bien à toi

      Réponse
  2. FRancois

    Bonjour Bertrand,

    Est ce que comme moi tu constates une baisse de puissance sur HT par rapport à la route (surtout dans les hautes intensités). Est ce que tu peux faire un article sur ce phénomène, on trouve assez peu de littérature sur internet?
    Je précise que je roule sur route avec un capteur de puissance et sur HT avec ce même capteur et le phénomène est assez visible

    Réponse
    • Bertrand PASQUIER

      Bonjour Francois,

      C’est effectivement une question assez récurrente et cela mériterait des recherches et un article.
      Mais pour moi, il y a deux raisons principales :

      Une premiere technique : la puissance que tu produis est fonction de la résistance au pédalage que tu rencontres.
      – A l’extérieur, la résistance n’a aucune limite – plus tu appuieras, plus tu auras de résistance – jusqu’aux limites mécaniques et physiques. De plus, la réaction est quasi instantanée.
      – Sur un HT, la résistance est fonction de ce que le HT veut bien t’opposer … C’est à dire de ses capacités mécaniques intrasèques et des instructions que veut bien lui donner le logiciel qui le pilote ! Donc, si tu disposes d’un HT entrée de gamme, peu puissant et peu réactif piloté, tu seras handicapé – encore plus si il est piloté par un logiciel qui biaise la simulation (comme Zwift par exemple) …

      Une deuxième, physiologique … Sur un home-trainer, pas de vent relatif et une chaleur corporelle qui s’élève beaucoup plus avec toutes ces conséquences dont la déshydratation et la baisse des performances.

      Espérant t’avoir donné des premières pistes de réflexion.

      Bien à toi

      Réponse
      • Henard

        Merci Bertrand
        Ce sont en effet de bonnes pistes, il faut que j’essaie le mode erg. pour stabiliser la résistance du HT et voir ce que ça donne.
        De plus je pense que sur la route, notamment dans les hautes puissances, des muscles supplémentaires sont sollicités, le vélo n’étant pas maintenu.
        Bonne soirée

        Réponse
  3. René

    Bonjour Bertrand,
    avec un H.T non connecté, type Booster, comme le mien y a-t-il un interêt à disposer un capteur sur le vélo en utilisant Zwift?

    Réponse

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