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不用风洞,怎么自己算 CdA?功率计加一段来回的路就做得到

同一条平路,同一个人,同样踩 200 W。去程逆风 2 m/s,用平均功率和平均速度代公式,算出来的 CdA 是 0.371;回程顺风,算出来是 0.172。这个人真正的 CdA 是 0.25。
这组数字是我用引擎模拟出来的,但你在真实道路上会遇到一模一样的事。风洞可以直接量阻力,一小时的费用跟时间成本却不是每个人都负担得起;大部分人手上有的,是一台功率计和一条常骑的路。这篇就讲怎么只靠这两样,算出一个可以信的 CdA。
最直觉的算法,为什么不够?
骑在平路、速度不变的时候,你踩出来的功率扣掉传动损耗,会被两件事吃掉:推开空气,以及轮胎跟地面的摩擦。写成式子是这样:
功率 × 传动效率 =(½ × 空气密度 × CdA × 速度² + 滚动阻力系数 × 重量 × g)× 速度
功率、速度、重量都知道,空气密度可以从气温和海拔算出来,滚动阻力查胎款大概抓得到,剩下唯一的未知数就是 CdA。CdA 计算器的第二个试算做的就是这件事。
问题出在“平路、速度不变、没有风”这三个前提。真实的路上,一点点坡度、一阵风、一次刹车,都会被公式当成空气阻力的一部分。风的影响最大,因为空气阻力看的是你相对于空气的速度,码表记的却是你相对于地面的速度。
很多人的第一个反应是“那就来回各骑一趟,两个数字平均”。这样算,结果还是偏高 8%。原因是逆风那一段你骑得慢、花的时间长,顺风那一段骑得快、时间短,两段对总时间的分量本来就不一样,直接平均等于把它们当成一样重。把整趟来回的能量放在一起算,误差才缩到 1% 以内。
这个“整趟放在一起算”的想法,再往前推一步,就是虚拟海拔法。
虚拟海拔法是什么?
虚拟海拔法(virtual elevation,也叫 Chung method)是 Robert Chung 在 2000 年代初提出的做法。它把问题倒过来问:如果我先假设一个 CdA,那这趟骑乘的每一秒,路面“应该”是几度的坡?
有了每一秒的功率和速度,扣掉空气阻力、滚动阻力和加减速,剩下的功率只能拿去爬坡;剩多就是上坡,不够就是下坡。把每一秒算出来的坡度沿着距离累加起来,就得到一条“虚拟的海拔曲线”。
关键在这里:如果你骑的是一个圈,或是同一段路来回,起点和终点的真实海拔是一样的。CdA 猜对了,虚拟海拔每一圈都会回到同一个高度;猜得太小,算出来的空气阻力不够,多出来的功率被当成在爬坡,曲线一圈比一圈高;猜得太大,曲线就一圈比一圈低。
所以你要做的事很单纯:调整 CdA,直到虚拟海拔每一圈都回到原点,那个数字就是你的 CdA。风在去程和回程互相抵消,坡度因为一圈回到原点而抵消,加减速则直接写在式子里。开源软件 Golden Cheetah 的 Aerolab 功能就是照这个原理做的,可以自己拉滑杆对齐。
实际要怎么骑?
方法对了,数据质量才是决定成败的地方。我会照下面这样准备:
- 找路。 一条 1 到 3 公里、车少、不用停红绿灯、不用刹车的路,可以绕圈,或是在两端掉头。有一点起伏没关系,虚拟海拔本来就处理得了坡度;不能有的是停下来。
- 挑时间。 清晨通常风最小。风不必完全没有,但不能忽大忽小,阵风会让去回程抵消不完全。
- 校正功率计。 出发前归零(zero offset),这一步最容易被忘记,下面会讲它有多重要。
- 骑法。 同一段路骑 4 到 6 趟,姿势和比赛时一样,全程不跟骑;手放在休息把上,掉头时才起身。功率维持稳定,但可以刻意用两种速度骑,原因也在下面。
- 记录。 码表设成每秒记录,骑完量一次总重量:人、车、水壶、穿在身上的全部。
哪些地方会把数字带偏?
就算骑法都对,还有三个地方会让算出来的 CdA 偏掉,而且偏的方向你从结果上看不出来。
滚动阻力猜错。 公式里的滚动阻力系数是用猜的,竞赛胎在好路面大约 0.004,训练胎大约 0.005。在 37 km/h 的速度下,这个系数猜错 0.001,CdA 就会差 0.012,大约 5%。只用一种速度骑,两者是分不开的:空气阻力和滚动阻力在同一个速度下,看起来就是同一笔帐。用两种不同的速度各骑几趟,滚动阻力猜错时,快的那几趟和慢的那几趟会算出不一样的 CdA,这时候调整滚动阻力,让两组数字对上,两个系数才分得开。
功率计偏了。 功率计读数高 2%,算出来的 CdA 就高 2.4%。功率计在温度变化大的时候会漂移,所以出发前归零、骑到一半温度变了再归零一次,比任何计算技巧都有用。
姿势跟比赛不一样。 测试的时候精神好、专心,姿势压得比比赛后段低。测出来的数字是你“最好的那个姿势”,比赛时撑不撑得住是另一个问题,我在〈气动姿势怎么调?〉讲过。
一次测试,还是每趟都算?
照上面的方法认真测一次,可以得到一个很好的数字,但它只代表那一天、那套装备、那个姿势。换了头盔、调了休息把,就要重新测一次。
AeroPacer 的做法是把这件事交给每一趟日常骑乘:连上码表之后,每趟户外的功率骑乘都会自动挑出平路、稳定、没有跟骑的路段估一笔 CdA,用当天每小时的天气修正风,再把很多趟合在一起算。单趟的质量比不上一次专门的测试,但累积十几趟之后,数字会比任何一次测试都稳。哪几趟算得出来,见〈连上码表之后,哪几趟骑乘算得出 CdA?〉。
回到开头那组数字。0.371 和 0.172 都是同一个人、同一天、同样的 200 W 算出来的,差别只在于你有没有把风算进去。算 CdA 难的地方一直都在数据,公式本身很简单。
延伸阅读:〈CdA 是什么?〉讲这个数字为什么重要;〈换装备能省几秒?〉讲算出来之后怎么拿去做决定。
