Nota de aplicación
Por Nina Kovač, ingeniera de aplicaciones, Dewesoft, Eslovenia

El ciclismo de montaña como deporte se ha desarrollado bastante rápido en los últimos años. ¿Probablemente ya conduces una 29’, 27’’ o…? Bueno, todo este andar en bicicleta de montaña ha requerido un análisis minucioso de las bicicletas mediante la realización de una variedad de pruebas y mediciones diferentes. Todo para optimizar la durabilidad y el rendimiento, hacerlas más receptivas y más fáciles de manejar y, por supuesto, al final, más rápidas.

Hemos utilizado el dispositivo de medición inercial Dewesoft DS-IMU1 GNSS y una cámara GoPro para realizar mediciones dinámicas del rendimiento de la bicicleta de montaña. Dinámico, eso es exactamente lo que es el ciclismo de montaña.


Prueba de bicicleta de montaña con doble suspensión en el camino

De pie sobre la bicicleta, ¡a toda velocidad a través de terrenos difíciles! Las bicicletas de montaña y de cross country con doble suspensión están diseñadas para andar a toda velocidad fuera de la carretera. Son más pesadas y difíciles de pedalear que las bicicletas de ruta comunes, pero pueden viajar fácilmente en casi cualquier superficie. El cuadro tiene que ser duradero, fuerte y rígido, pero también ligero. Esto se logra combinando diferentes materiales (fibra de carbono, titanio, aluminio o acero) y formas de marco.

Para diseñar el mejor cuadro de bicicleta, o combinar los componentes de bicicleta correctos y alcanzar la experiencia de conducción óptima, se necesitan pruebas y mediciones, esto requiere un análisis basado en una gama de datos de alta calidad perfectamente sincronizados.

Hemos probado tres enfoques diferentes para integrar la medición GNSS y la grabación de video HD en dicha medición.

Usamos cámaras GoPro Hero con recepción GPS para hacer algunos videos agradables, pero primero para verificar su compatibilidad con DewesoftX con fines de medición. Existe una gran demanda en el mercado para usar cámaras GoPro con fines de medición debido a la estabilización de video y el rendimiento general (buena duración de la batería, video 4k, estabilización de video, diferentes modos de disparo). Así que probamos la cámara en tres configuraciones diferentes.

GoPro Hero 9 action cam camera
Cámara de acción GoPro Hero 9

El desafío: adquisición de video con GoPro

Integración de video GoPro con el software DewesoftX

Las cámaras GoPro ofrecen videos estabilizados de alta calidad que pueden ser extremadamente útiles durante las pruebas y mediciones. La relación precio/característica es realmente favorable. ¿Por qué no usarlos también con fines de medición dinámica?

Dewesoft DS-IMU1 device mounted on the trail bikeFigura 1. Dispositivo DS-IMU1 montado en la bicicleta de montaña.

Las cámaras GoPro se pueden integrar en DewesoftX de tres maneras diferentes:

  1. Transmisión WIFI
  2. Una conexión de cable USB a una PC
  3. Post-sincronización de video y datos

En nuestras pruebas, los tres enfoques de integración se evaluaron con el software DewesoftX actual, y aquí se presentarán las diferentes soluciones posibles.

Aunque el dispositivo DS-IMU1 es relativamente fácil de instalar en un vehículo, es un desafío algo mayor instalarlo en una bicicleta de montaña, donde el ciclista de montaña necesita tener espacio para movimientos y agilidad.

Dewesoft DS-IMU1 inertial measurement unit with accessoriesUnidad de medida inercial Dewesoft DS-IMU1 con accesorios

Por lo tanto, el dispositivo se instaló en el tubo superior del cuadro de la bicicleta, mientras que la PC conectada tuvo que colocarse dentro de la mochila de los ciclistas. Debido a las grandes fuerzas que impactan en la bicicleta durante el viaje, los sensores de aceleración pueden superar rápidamente su rango de 16 g, por lo que se sugiere utilizar un medio de goma o espuma entre el cuadro y el dispositivo GNSS.

Mountain bike GNSS measurement setupFigura 2. Configuración de medición GNSS para bicicleta de montaña.

Configuración de medición

Las mediciones se realizaron en una bicicleta de montaña, donde se colocó el DS-IMU1 en el marco de la bicicleta y se conectó a la PC que estaba dentro de la mochila de los ciclistas.

Se montó una cámara GoPro en el manubrio. Se realizaron tres ejecuciones diferentes relacionadas con las tres formas diferentes de integración de las grabaciones de la cámara GoPro en DewesoftX.

Equipo de Adquisición de Datos utilizado

Sistema de adquisición de datos:

Software

Esquemas de Configuración

El sistema se configuró de dos maneras según la configuración de GoPro: GoPro independiente sin conexión por cable y GoPro con conexión por cable. La sincronización GPS se extrajo del dispositivo DS-IMU1. La cámara GoPro tiene una opción para habilitar la possincronización de GPS.

Se probaron las tres configuraciones diferentes de grabación de la cámara GoPro:

  1. Transmisión- el video GoPro solo se puede transmitir a una PC a través del software de la cámara web GoPro, y la transmisión GoPro es recibida en el software DewesoftX como una cámara DirectX.
  2. Conexión por cable- la cámara GoPro se conecta a la PC con un cable, la computadora la reconoce a través del software de la cámara web GoPro y se integra con DewesoftX como una solución DirectX.
  3. Sincronización posterior de video y datos: la cámara GoPro graba datos como un dispositivo independiente sin relación con la adquisición de datos de medición. Todos los datos de video se comprimen y almacenan en la tarjeta Micro SD de la GoPro. En la etapa de análisis, los datos de medición de video y GoPro se sincronizan posteriormente y se importan al software DewesoftX.

Mountain bike testing - ready to rideFigura 3. Todo listo, listo para funcionar.

Análisis de los Datos

La siguiente pantalla de medición muestra la pista de conducción con el color de la velocidad trazado y los datos IMU extraídos de nuestro interés: 

  • Roll (deg), 
  • pitch (deg), 
  • heading (deg), y 
  • velocidad total(km/h). 

Los diferentes parámetros combinados muestran los movimientos exactos de la bicicleta en áreas específicas de la pista. Luego, las mediciones del comportamiento de la bicicleta se pueden comparar y con ello optimizar el rendimiento en la pista, por ejemplo, con diferentes configuraciones de bicicleta, selección de línea de pista o selección de componentes.

El seguimiento GPS también se puede activar por sección, lo que brinda una vista previa o permite un análisis detallado de solo áreas de interés especificas; por ejemplo, se puede comparar el balance de varias carreras en una sección en particular, como un giro crítico.

Extrajimos el video GoPro de la cámara SD y lo sincronizamos posteriormente en DewesoftX. Se agrega un widget de DewesoftX Map a la pantalla (en el lado derecho de la pantalla) que representa la ruta de conducción del ciclista. Se aplica una escala de colores de velocidad como representación de la dinámica de conducción.

Cualquier otro parámetro de medición y datos de los dispositivos DS-IMU1 que no se muestran se guardan en el archivo de datos de DewesoftX y están disponibles en cualquier momento para análisis, cálculos o incluso simulaciones adicionales.

Measurement screen with interactive GPS mapFigura 4. Pantalla de medición con mapa GPS interactivo

Conclusión

Con todos los datos de GPS, IMU y giroscopio del dispositivo DS-IMU1, se puede realizar un análisis detallado de la conducción en bicicleta e incluso el impacto de los componentes de la bicicleta en el estilo de conducción.

Los dispositivos Dewesoft DS-IMU1 con su rango de 16 g son ideales para mediciones tan dinámicas debido a su tamaño. Básicamente, se pueden montar en cualquier lugar. Tener una computadora de procesamiento de datos con KRYPTON CPU y un registrador de datos montados directamente en el cuadro de la bicicleta haría que el recorrido de medición fuera aún más óptimo para el ciclista, ya que no necesitaría llevar una mochila.

 

KRYPTON CPU portable and rugged processing computer and data logger
Computadora de procesamiento y registrador de datos portátil y resistente KRYPTON CPU

Además del dispositivo DS-IMU1, es posible agregar otros sensores diferentes de su elección, como sensores de galgas extensiométricas en el cuadro de la bicicleta para medir la tensión para la posterior optimización del cuadro, o incluso medir el recorrido de la horquilla al mismo tiempo. DewesoftX y Dewesoft DAQ en combinación son flexibles y miden sincrónicamente lo que sea.

La integración de GoPro mostró muy buenos resultados solo en la sincronización posterior. Las grabaciones de video se sincronizaron perfectamente con los datos y conservaron la calidad y estabilización originales de la cámara GoPro.

Las opciones con un software de terceros (web GoPro) como medio entre DewesoftX y la cámara GoPro no dieron los mejores resultados. La conexión por cable y la transmisión GoPro resultaron carecer de calidad y estabilización y se vieron obstaculizadas por retrasos en la transmisión.

El software de la cámara web GoPro que sirve como puente entre la cámara y DewesoftX parece no estar aún optimizado al nivel que pueda usarse para mediciones dinámicas.