Sådan udviklede vi Supercaliber Gen 2 til Treks bedst fungerende konkurrencecykel nogensinde
Læs om de tekniske eksperimenter, som Trek Performance Research-ingeniørerne kastede sig ud i for at forbedre Supercaliber ved hjælp af en række test, som de første i branchen, der viser, hvor meget bedre en cykel kan gøres. Ved hjælp af omfattende test i laboratoriet og i terrænet leverer de forskningen til at underbygge de store ord, som viser, at 2. generation af Supercaliber ikke blot er mere komfortabel og effektiv end forgængeren, men sågar også mere effektiv end en hardtail.
Til Supercaliber Gen 2 videreudviklede Treks MTB-ingeniører den patentbeskyttede IsoStrut-konstruktion, så den nu er forbedret med hensyn til såvel effektivitet som kontrol og komfort.
Umiddelbart er det nemt at se, at Supercalibers 33% øgede affjedringsvandring giver mulighed for større akselbevægelse generelt. Det omfatter både ind- og udfjedring fra sag-stillingen, så der er øget længde til indfjedring opad ved stødpåvirkninger og øget længde til udfjedring nedad i smadrede hjulspor og på bagenden af bump. Desuden har Supercaliber Gen 2 et 18% bedre vægtstangsforhold, som gør støddæmperen bedre reagerende, fordi den nemmere kan overvinde tætningsfriktion. Endelig arbejdede Trek og RockShox' ingeniører tæt sammen om at optimere indfjedringsdæmpningen til afbalanceret trådeffektivitet til konkurrencecykling og til effektive reaktioner på underlaget, samtidig med at den øgede affjedringsvandring giver hurtigere rebound, så hjulet bevarer jordkontakten på spor.
For MTB-rytteren kræver det færre kræfter at cykle hurtigt (øget effektivitet), bedre greb i underlaget (øget kontrol) og bedre dæmpning (større komfort). For at illustrere disse forbedrede egenskaber udførte Trek Performance Research-ingeniørerne som de første i branchen en række test både i laboratoriet og på sporet.
Crosscountry-konkurrenceryttere ved, at trådeffektivitet hen over rødder, sten og klipper er altafgørende. Affjedringen er kritisk med hensyn til at bevare fremdriften, holde hjulene solidt plantet på underlaget og mindske ubehagelige og generende bevægelser i stellet. Kort sagt vil en god affjedring øge såvel effektiviteten og kontrol over cyklen som komforten.
Laboratoriet i parløb med sporet
Supercalibers effektivitet i ujævnt terræn blev testet på Trek Performance Research-laboratoriets cykelbånd, hvor vi slipper både for at vælge en linje og for variabilitet i manøvreegenskaberne, samtidig med at vi præcist kan styre temperatur, hastighed og terrænprofil. For at opbygge en terrænprofil cyklede vi først på vores Trek Trails med en stødsensor for at måle affjedringsaktiviteten på sporstrækninger med rødder. Ved hjælp af disse data indstillede vi cykelbåndets profil til at matche affjedringsaktiviteten på sporet.
Effektivitet
målt med træningsmaske
Efter at have korreleret overfladen på vores cykelbånd med sporet anvendte vi en VO2 Master-analysemaske til at måle rytter- og cykelsystemets effektivitet på Supercaliber Gen 2, Supercaliber Gen 1 og en hardtail. Denne maske måler rytterens iltforbrug, hvilket er en parameter for den samlede energi, som rytteren bruger.
Hvorfor ikke nøjes med en wattmåler til sammenligning af effektivitet? Wattmålere tager kun højde for den energi, der bruges til at cykle, og ser bort fra den energi, som cykelrytteren bruger på at afbøde ujævnheder og bevare kontrollen over cyklen i ujævnt terræn. Måling af iltforbruget er derfor den afgørende metode til at fastslå, hvilken cykel der er hurtigst.
For at opnå en konsekvent og anvendelig parameter for iltforbrug foretog vi testture á 5 minutter med 16 km/t ved 60% af rytterens FTP svarende til en betydelig, men opretholdt kraftpræstation. Ved at gå i dybden med disse data fik vi stabiliseret vores primære parameter (forbrugt ilt) og sekundære variabler (f.eks. puls og pedaleffekt), så vi kunne bekræfte, at rytteren ikke begyndte at blive træt. Som en yderligere konsekvent foranstaltning blev støddæmperne indstillet med samme 29% sag og justeret til de anbefalede indstillinger fra fabrikken, som angivet af Treks affjedringsberegner.
Nok om metoderne; lad os nu se resultatet
Ved vores test under disse betingelser målte vi, at Supercaliber Gen 2 var 6% mere effektiv end Supercaliber Gen 1 og 23% mere effektiv end en hardtail med det samme pedaltråd.
Komfort
målt med 3D motion capture
Supercaliber Gen 2 blev målt til at være den mest effektive hovedsagelig på grund af denne cykels forbedrede IsoStrut-affjedring, som gør den til den mest komfortable. I ujævnt terræn vil det sige, at ujævnheder optages/absorberes (affjedring), og kraften fra stødpåvirkningen spredes (dæmpning), så der kun overføres minimal bevægelse til cyklens kontaktpunkter (styr, pedaler og sadel). Ved denne optagelse af ujævnheder i underlaget mindskes cykelrytterens tendens til at bruge muskelenergi til at modvirke stødpåvirkningerne og bevare kontrollen. Og selvfølgelig er den bedst affjedrede cykel også den mest komfortable.
Til at undersøge disse påvirkninger anvendte vi tolv 3D-kameraer til at præcisionsoptage bevægelsen med markører placeret overalt på cyklen og på cykelrytterens krop ved at registrere data 360 gange i sekundet. Hver af cyklerne blev filmet over 60 omgange på cykelbåndet, og uregelmæssigheder mellem omgangene blev minimeret ved at beregne et gennemsnit for de målte data for en enkelt gennemsnitsomgang.
Vi fokuserede først på området omkring krankboksen, hvor benene er de første til at optage lodrette bevægelser og bevare et effektivt pedaltråd. Som det ses af den øverste kurve, reducerede Supercaliber Gen 2 stellets lodrette bevægelse ved krankboksen markant med 15%. Derved belastes cykelrytteren mindre igennem fødderne og kan lægge mere energi i pedaltrådet frem for at stabilisere kroppen.
Dernæst undersøgte vi den relative bevægelse mellem sadlen og rytterens hofte (korsben). Denne parameter bør ideelt set være nul bortset fra pedaltrådets cykliske effekt. Større variabilitet i denne afstand mellem sadlen og hoften antyder, at cyklen støder rytteren op fra sadlen, eller at rytteren bruger sine ben til at sidde over sadlen, så den kan bevæge sig rundt. Uanset hvad, betyder det, at pedaltrådet bliver mindre effektivt. Som det ses af den nederste kurve, viste målingerne, at Supercaliber Gen 2 havde 22% mindre relativ bevægelse mellem sadlen og rytterens hofte end forgængeren.
Kontrol
målt med et højhastighedskamera
Din cykelhastighed afhænger af din kontrol over cyklen. Affjedringens primære funktion er at holde dækket i kontakt med underlaget i kuperet terræn og derved øge trækkraften og kontrollen over cyklen. Desuden betyder større trækkraft bedre trådeffektivitet til at cykle hurtigere.
I denne video ser vi akselbevægelsen på Supercaliber Gen 2 (blå) sammenlignet med Supercaliber Gen 1 (orange). Ved overlejring af akselmarkørerne kan vi se, at Gen 2 bevarer en højere hastighed mere velkontrolleret på baghjulet og genvinder trækkraften hurtigere efter stødpåvirkninger.
Affjedringsaktivering
målt med en stødsensor
For at forstå, hvordan vi opnåede den forbedrede effektivitet, kontrol og komfort med Supercaliber Gen 2, udstyrede vi cyklens IsoStrut med et lineært potentiometer, som målte støddæmperforskydningen ved hjælp af 5.000 prøver i sekundet. Efter nogle beregninger kom vi frem til denne kurve for affjedringens aktivering under cykling på bagakslen, hvilket gav os det fulde billede af, hvordan støddæmperens ud- og indfjedring fungerede i forhold til hjulenes bevægelse under identiske cykelforhold. I denne overlejring kan vi se, at den nye IsoStrut-konstruktion på Supercaliber Gen 2 resulterede i en markant mere aktiv affjedring i dette cykelscenarie, hvor baghjulet kunne bevæge sig over 68% mere lodret og 71% hurtigere. Det omfatter både øget ind- og udfjedring i sag-stillingen, hvilket er afgørende for både at dæmpe stødpåvirkninger og bevare dækkontakt til underlaget (trækkraft).
Indtil videre har vi undersøgt egenskaberne ved pedaltråd i ujævnt terræn, hvilket jo er et væsentligt aspekt i crosscountry-løb. Men moderne crosscountry-baner er i stigende grad mere til cykler, der også udmærker sig ved at kunne tackle tekniske strækninger og stenfyldte nedkørsler kontrolleret med høj fart. For at finde ud af, hvordan Supercaliber Gen 2 præsterer i denne type af terræn, smed vi kitlerne og drog ud i skoven bevæbnet med vores trofaste lommebeskyttere.
Tilbage på sporet
Ude på mountainbike-sporene igen ved Treks hovedsæde udvalgte vi en stenet nedkørsel og begyndte at kortlægge dens topologi minutiøst ved hjælp af en 3D-laserscanner med høj opløsning. Denne stenstrækning var 8 m lang, havde en hældning på 15% samt flere ujævnheder og fald, der var op til 18 cm dybe.
Komfort og trådeffektivitet
målt med 3D motion capture
Med kæmpe trefødder, specialudviklede træbeslag og hundredvis af meter kabel genskabte vi opstillingen af vores laboratoriums tolv 3D motion capture-kameraer i skoven. Med denne revolutionerende testmetode kunne vi præcist genskabe cyklens bevægelser og placering på sporet.
Fordi sporet er et mindre kontrolleret miljø end i laboratoriet, gjorde vi alt for at styre variable faktorer, som f.eks. starthastigheden og valg af linje. Ved hjælp af 3D-optagelser af cyklen i flere omgange kunne vi foretage anvendelige sammenligninger ved at måle disse faktorer og gruppere lignende omgange. Vi endte med at analysere 5 omgange på hver cykel med en gennemsnitlig starthastighed på 21 km/t +/-0,7 (std). Ved hjælp af markører både på cyklen og på sporet beregnede vi hver cykels sideværts startposition på sporet til at være konsekvent inden for 0,10 m.
Ved at optage cyklens bevægelige dele hver for sig kunne vi se, om der var forskelle på Supercaliber Gen 2 i alle dimensioner, hvad enten det var sideværts stødbevægelser, affjedringens aktivitet, fremdrift, cykelkomfort, dækkontakt med underlaget osv. I den næste video viser vi, hvordan vi fulgte bagakslen i forhold til det laserscannede sporunderlag, hvorefter vi ser akselbanerne overlejret til sammenligning.
Ved at optage bagakslens og stellets bevægelser fandt vi cyklens præcise placering og hastighed i rummet. Minimale variationer i linjen på omgangene og færre gentagelser sammenlignet med på cykelbåndet gjorde det vanskeligt at gentage den samme analyse, som vi anvendte på cykelbåndet, men andre tilgange til dataene støttede de samme tendenser. Også her kunne vi se, hvordan Supercaliber Gen 2 gjorde det fantastisk med hensyn til affjedringen, så rytteren havde flere kræfter til at give den gas i pedalerne sidst på sporet.
Supercaliber Gen 2 bevarede desuden en højere fart hen over forhindringer, hvilket var nemt at konstatere hen over en enkelt sten, der lå sidst på banen. Hvis vi kigger på cyklerne, mens de passerer hen over denne sten, afbødede den suveræne affjedring på Gen 2 stødpåvirkningen uden tab af hastighed. Vi konstaterede minimal variation i hastigheden over den samme distance og mindre tab af hastighed generelt fra start til slut sammenlignet med Supercaliber Gen 1 og hardtailen.
Kontrol
målt med et højhastighedskamera
Med et højhastighedskamera kan vi følge akselbevægelsen præcist og måle trækkraften, i takt med at dækket slipper kontakten med sporet og genvinder den. Med et skydeskinnesystem plus en væver ingeniør og et hav af gentagelser fik vi set IsoStrut i aktion i nærbillede, samtidig med at vi kunne følge kalibrerede bevægelser i 2D lavt over jorden via et kamerastativ.
Som det ses i videoen, fulgte hjulene på Supercaliber Gen 2 terrænunderlaget bedre og fik hurtigere greb i underlaget efter hårde landinger og stødpåvirkninger. Ved de to største fald på videobilledet genvandt Supercaliber Gen 2 trækkraften 14-50% hurtigere end de øvrige cykler i testen. Bedre kontakt med sporunderlaget øger kontrollen ved hjælp af bedre bremse- og styreegenskaber.
Affjedringsaktivering
målt med en stødsensor
Årsagen til disse forbedrede egenskaber er den nye IsoStrut-affjedring, som vi ligeledes målte med en lineær sensor. Lige som i laboratoriet målte vi støddæmperbevægelsen ved aktivering af affjedringen under cykling og kunne konstatere, at Supercaliber Gen 2 var mere aktiv ved nedkørsel på sporet med 40% større forskydning og 31% hurtigere end Gen 1. Nok så vigtigt var der et større bevægelsesområde både over og under det dynamiske sag-punkt, hvilket indikerer en betydelig forøgelse både i støddæmpningen og trækkraften ved den øgede kontakt med underlaget. Faktisk sammentryktes Supercaliber Gen 2 ud over det maksimale vandringspunkt for Gen 1 ("trykket i bund") og havde yderligere vandring til at optage endnu større stødpåvirkninger og hårdere landinger.
Kort og godt
Om forfatterne
Paul Harder er forsknings- og udviklingschef hos Trek Bicycle. Lige siden han tog sin ingeniørgrad på University of Wisconsin i Madison i 2007, har han valgt en karriere, der går ud på at gøre det endnu bedre at cykle ved hjælp af videnskab og innovation.
Wendy Ochs er forskningsingeniør i biomekanik hos Trek Bicycle. Hun har en ph.d. i teknisk biomedicin fra University of Wisconsin i Madison.
Kyle Russ er ledende biomekanisk ingeniør og har undersøgt samspillet mellem rytter og cykel hos Trek Bicycle siden 2011. Han fik sin brændende interesse for at forstå cyklisters/cykelrytteres fysiologi, og hvordan mennesket bevæger sig, da han begyndte på sit kandidatstudium, på Ohio State University.