Författare:
Kyle Russ, chefsingenjör biomekanik
Wendy Ochs, senior ingenjör biomekanik
Paul Harder, chefsingenjör FoU
Domanes kolfiberevolution: Från IsoSpeed till Gen 5
Den ikoniska Trek-cykeln Domane har utvecklats från generation till generation, men det genomgående temat är oförändrat: Domane är en bekväm, förtroendeingivande och effektiv racercykel med endurancegeometri, byggd för långa, snabba, och roliga, turer på landsvägen.
Första generationens Domane byggdes med 700 x 25c-däck och fälgbromsar som klämde kring smala fälgprofiler. Bortsett från bromskraften behövs påtagligt mycket högre däcktryck för de här smala däcken, varför Treks tekniker och konstruktörer skapade en för den tiden revolutionerande följsamhetsteknik för att göra cykeln bekvämare. Tekniken fick namnet IsoSpeed-länkage eller kort och gott IsoSpeed. IsoSpeed var en flexibel koppling mellan sadelröret och överröret som gjorde att sadelröret kunde flexa bra mycket mer än på den tidens traditionella ramar. Cykeln blev på detta vis följsammare och bekvämare.
Tekniken fungerade så bra att Domane kunde understödja cyklister som Fabian Cancellara, Lizzie Deignan och Elisa Longo Borghini i deras jakt på den översta pallplatsen i tävlingar som den legendariskt krävande Paris-Roubaix.
Den långa raden av tävlingsresultat genom åren betyder naturligtvis mycket för Trek, men mycket har förändrats på teknikens område sedan 2012. Hydrauliska skivbromsar har ersatt fälgbromsar och lämnat utrymme för större däck. Däckvolymerna har därför gradvis ökat i och med att cyklisterna velat ha en bekvämare och mer kapabel cykel. Den här däckrevolutionen öppnade upp möjligheten att bygga mycket lättare cyklar med en enklare konstruktion och en ökad pedalstyvhet. Det för oss fram till Domane Gen 5.
Fig. 1: Kyle Russ och Paul Harder flyttar mätinstrumenten mellan testcyklarna i Trek Performance Research Lab.
Domane Gen 5, i detalj
Konstruktionsteamet hade tre målsättningar för Domane Gen 5. Deras ambition var att begränsa vibrationsenergin, förbättra pedalstyvheten och minska cykelns vikt. Vibrationsenergi är ett mått som används i Trek Performance Research Lab för att mäta vibrationer som överförs till cyklisten under cykling på ojämnt underlag. Frågan var hur en cykel som saknar IsoSpeed ändå kan vara bekväm och samtidigt få bättre pedalstyvhet. Svaret bryts ned till tre komponenter: sadelstolpen, ramen och däcken.
Sadelstolpens geometri och kolfiberupplägg optimerades för vertikal följsamhet samt sidstyvhet. Sadelstolpen har en oval tvärsnittsarea vilket gör att den kan flexa vid hårda stötar samtidigt som sidstyvheten bibehålls när sadeln belastas under cyklingen.
Fig. 2: Sadelstolpen på Domane Gen 5 ger en bekvämare cykel i testet av den vertikala följsamheten på vårt rullband.
Ramen är byggd i ett optimerat kolfiberupplägg för både vertikal följsamhet och pedalstyvhet. Den nya cykeln har fått ett 6 % bättre resultat i Tour Magazines test av pedalstyvhet², vilket placerar Domane Gen 5 på den optimala platsen mitt emellan Domane Gen 4 och Madone Gen 8. Inte riktigt lika styv vid vevlagret som den ultimata tävlingscykeln, men med påtagligt bättre kraftöverföring till pedalerna jämfört med den utgående Domane-plattformen.
Fig. 3: Pedalkraft på Domane Gen 5.
Varför vertikal följsamhet bara är en del av helheten
Historiskt har ramar placerats i fixturer i testlabben med vikter som hänger från sadlarna för att mäta den totala utböjningen på ramen eller sadelstolpen. Det här är standardförfarandet, men vill man få hela bilden måste hjul och däck inkluderas i systemet. I testet används också statisk belastning till skillnad från verklighetens dynamiska belastning. Att mäta den totala följsamheten är därför utmanande, i synnerhet när man lägger till pedalernas dynamik i ojämn terräng. Men det är där som Trek Performance Research Lab kommer in i bilden. Trek Performance Research Lab bildades för att studera hur cyklister och cyklar interagerar i en dynamisk miljö.
Labbet byggdes upp runt ett anpassat, lamellbaserat Woodway-rullband där Treks tekniker kunde fästa olika typer av cykelunderlag. Testtekniken gör att Trek kan borra ned sig i detaljer om cykeldynamik och få mätvärden genom en stor uppsättning verktyg för datainsamling. Vi har verktyg för inspelning av rörelser i 3D till töjningsmätare och accelerometrar inbyggda i cykeln. Vi brukar säga att vi ”mäter allting från tuva till kropp” i labbet. Genom vår mätkapacitet har Domanes konstruktionsteam kunnat försäkra sig om att nästa generation Domane helt och fullt uppfyller prestandamålen.
Mäta vibrationsenergi
Teamet i Trek Performance Research Lab har ett nära samarbete med varje produktutvecklingsteam för att hjälpa till att på ett vetenskapligt sätt besvara frågor kring komfort, effektivitet och kontroll. Eftersom komfort är subjektivt och något av en känsla strävar vi efter att sätta siffror på vad det är som gör cykeln bekväm, så att vi kan jämföra prototyperna mot befintliga cyklar från Trek eller våra konkurrenter.
Vår definition på ökad komfort är i princip enkel från datainsamlingssynpunkt: vi vill minska den vibrationsenergi som överförs till cyklisten vid en given hastighet, terräng och cykel. Även om principen är enkel är metoden för att bestämma vibrationsenergi ganska komplex.
Fig. 4: Paul Harder och Wendy Ochs gör cykel och cyklist redo för ytterligare en testkörning.
Domane Gen 4 och Gen 5 utrustades med kraftsensorer på sadlar och styren. Genom att mäta kraften vid kontaktpunkterna och integrera hastigheten från accelerometrarna vid samma punkter kan vi beräkna effekten som överförs från respektive kontaktpunkt till cyklisten. Med den här metoden är Gen 4 och Gen 5 likvärdiga på ett kontinuerligt grovt underlag i hastigheter mellan 11 och 32 km/h och olika däcktryck.
Rekommenderat däcktryck för 32 respektive 35 mm däck beräknades med tryckkalkylatorn Wolf Tooth med hänsyn tagen till ytans beskaffenhet, cykelns och cyklistens vikt samt däckets storlek och uppbyggnad. Det använda däcktrycksintervallet var +/- 20 % av det beräknade. För en jämförelse med 700 x 25c-däck använde vi en rekommendation för slangtryck baserat på historiska data.

Fig. 5: Vibrationsenergi vid en totalvikt på 90 kg för cyklist och cykel på en ojämn yta på rullbandet.
Diagrammet ovan visar att IsoSpeed var betydelsefullt på den tiden då 25 mm slangdäck med högt tryck användes. Vi kan se att även med IsoSpeed, och 25 mm däck, var vibrationsenergin som överfördes till cyklisten 19 % högre än hos Gen 5 utan IsoSpeed. Om man ökar däckets storlek från 32 till 35 mm ökar däckets invändiga ytarea med ca 10 %.%. If pressure is kept the same, the total outward force acting on the tire casing therefore increases by 10% För att den yttre kraften på däckkorden ska vara densamma för 35 som för 32 mm däck behöver vi minska däcktrycket med 10 %.
När vi gör det uppmäts vibrationsenergin för Domane Gen 5 till knappt 5 % högre än för Gen 4 med IsoSpeed. Inte illa för en cykel som är 292 g lättare och inte har IsoSpeed! Naturligtvis testade vi Domane inte enbart i labbet. I skrivande stund har prototyperna av Gen 5 använts av våra testcyklister i över 400 timmar och 10 000 km.
Mäta rörelser hos cyklist och cykel
När vi undersöker hur cykeln uppför sig på ojämn terräng som kräver större och mindre krafter, accelerationer och därmed skapar vibrationsenergier använder vi en 3D-kamera eller ”mocap”. Vi spelar in cyklistens och cykelns rörelser med 12 OptiTrack PrimeX 22 infraröda 3D-kameror för att avgöra hur Domane Gen 4 och Gen 5 uppför sig på rullbandet.
Fig. 6: Wendy Ochs mäter 3D-rörelse
Cyklarna märktes upp med reflexer på alla delar och det gör att vi kan se i 3D hur cykelns olika områden påverkas av terrängens inverkan. För att avgöra ramens följsamhet (d.v.s. hur mycket cykeln ”slätar ut” cyklingen) tittar vi på markörerna kring vevlagret. För att förstå cyklistens upplevelse på sadeln, ”kontakten”, betraktar vi rörelserna mellan korsrygg och sadel. Enkelt uttryckt är cykeln bekvämare ju likartade värden vi uppmäter för ”kontakten” mellan korsrygg och sadel. Eller med andra ord kan sadeln vid cykling i skumpig terräng stöta till cyklisten så att ”kontakten” mellan korsrygg och sadel får större variation. Alternativt kan cyklisten ställa sig på pedalerna för att lämna sadeln vilket är extremt påfrestande för kroppen.
Diagrammet nedan visar den genomsnittliga förändringen per varv (d.v.s. genomsnittlig förskjutning per varv på rullbandet) vid 32 km/h för Domane Gen 4 med 32 mm däck och Domane Gen 5 med 35 mm däck. Standardavvikelsen för de olika varven visas som ett skuggat område kring kurvan. Skuggade områden under kurvan har fyllts med blå och gul transparent färg, vilket medför att överlappande områden blir gröna. Trenden som visas uppträder för alla hastigheter, men vi fokuserar på hastigheten 32 km/h eftersom denna hastighet uppvisar cykelns största vertikala rörelse i terräng. Vi observerar att variationen i “ramens följsamhet”, eller vevlagrets vertikala rörelse, är 0,08 mm och att avståndet mellan sadeln och korsryggen, ”kontakten”, endast varierar med 0,11 mm. Med andra ord är skillnaden mellan resultatet för Gen 5 respektive Gen 4 försumbar.

Fig. 7: 3D-mätning av genomsnittlig rörelse av vevlager och sadel/korsrygg
Slutsats
Domane Gen 5 är en lättare och enklare racercykel i kolfiber. Den har en geometri och ett kolfiberupplägg för sadelstolpe och ram som levererar den komfort och effektivitet man kan förvänta sig vid 35 mm däckspec*. Domane Gen 5 har samma lovordade endurancegeometri varför cyklisten kan vara säker på att få den komfort, trygghet och effektivitet som alltid har definierat Domane.
*35 mm däckutrymme är standard på alla modeller utom SLR 9 AXS 1x
Referenser:
1. Drouet J-M, Covill D, Leroux M, Richard S (2022) metrics to assess road bicycle dynamic
comfort during impacts. Sports Eng 25:1. https://doi.org/10.1007/s12283-021-00366-x
2. Tour Magazines test av pedalstyvhet: https://www.tour-magazin.de/en/buying-advice/components/how-tour-tests/how-tour-tests-the-tour-road-bike-test-in-detail/
3. Treks information om CheckOUT: https://www.trekbikes.com/us/en_US/checkout-full-suspension-science/