Autori:
Kyle Russ, hlavný biomechanický inžinier
Wendy Ochs, vyššia biomechanická inžinierka
Paul Harder, vedúci inžinier výskumu a vývoja
Evolúcia karbónového modelu Domane: Od systému IsoSpeed k modelu Gen 5
Ikonická platforma Trek Domane sa s každou ďalšou generáciou vyvíjala, ale jej základná myšlienka zostáva nezmenená: Domane je komfortný, spoľahlivý a efektívny vytrvalostný cestný bicykel stvorený na dlhé, rýchle a zábavné jazdy.
Prvá generácia modelu Domane stavala na plášťoch s rozmermi 700 × 25c a ráfikových brzdách, ktoré boli osadené na ráfikoch s úzkym profilom. Okrem vysokého brzdného výkonu si tieto úzke plášte vyžadovali hustenie na preukázateľne vysoký tlak, preto inžinieri a dizajnéri spoločnosti Trek v tom čase navrhli revolučnú technológiu, ktorá pomáhala minimalizovať vibrácie počas jazdy. Nazvali ju systém IsoSpeed alebo jednoducho technológia IsoSpeed. Systém IsoSpeed zabezpečoval pružné spojenie sedlovej a hornej rúrky, čo umožňovalo sedlovej rúrke ohýbať sa oveľa viac ako iné tradičné rámy v tom čase, vďaka čomu bola jazda hladšia a komfortnejšia.
Táto technológia fungovala tak efektívne, že model Domane pomohol Fabianovi Cancellarovi, Lizzie Deignanovej a Elise Longo Borghiniovej vystúpiť na najvyšší stupienok na legendárnych pretekoch Paríž – Roubaix, ktoré sú preslávené drsnými podmienkami.
Výsledky pretekov v priebehu rokov sú pre spoločnosť Trek cťou, ale od roku 2012 sa v oblasti cyklistických technológií veľa zmenilo. Hydraulické kotúčové brzdy nahradili ráfikové brzdy, čím vznikol dostatočný priestor na širšie plášte. Objem plášťov sa preto postupne zvyšoval, keďže jazdci vyhľadávali hladšie jazdiace a výkonnejšie cestné bicykle. Táto revolúcia v oblasti plášťov otvorila dvere k vytvoreniu oveľa ľahšieho bicykla s menšou komplexnosťou, podobnou pružnosťou a lepšou tuhosťou pri pedálovaní. Predstavujeme bicykel Domane Gen 5.
Obrázok 1: Kyle Russ a Paul Harder prenášajú meracie zariadenia medzi testovacími bicyklami v laboratóriu Trek Performance Research.
Domane Gen 5, až do posledného detailu
Konštrukčný tím pre model Domane Gen 5 si stanovil tri ciele: minimalizovať vibračnú energiu1 prenášanú na jazdca, zlepšiť tuhosť pri pedálovaní a znížiť hmotnosť bicykla. Vibračná energia je ukazovateľ, ktorý členovia tímu Trek Performance Research používajú na meranie energie prenášanej na jazdca pri jazde v náročnom teréne. Ako teda môže bicykel, ktorý zjavne nevyužíva systém IsoSpeed, zabezpečiť komfortnú jazdu a zároveň vyššiu tuhosť pri pedálovaní? Odpoveď sa skrýva v troch komponentoch: sedlovka, rám a plášť.
Geometria sedlovky a vrstvenie karbónových vlákien boli optimalizované s ohľadom na vertikálnu poddajnosť a bočnú tuhosť. Sedlovka má oválny vnútorný prierez, ktorý jej umožňuje ohýbať sa pri silnejších nárazoch a zároveň si zachovať bočnú tuhosť pri zaťažení sedla počas jazdy.
Obrázok 2: Sedlovka modelu Domane Gen 5 zabezpečuje hladkú jazdu počas testovania vertikálnej poddajnosti na našom internom testovacom páse.
Pokiaľ ide o rám, jeho vrstvená konštrukcia bola optimalizovaná pre vertikálnu poddajnosť aj pre tuhosť pri pedálovaní. Nový bicykel dosiahol v teste tuhosti pri pedálovaní časopisu Tour Magazine² zvýšenie o 6 %, čo dostáva model Domane Gen 5 do ideálnej pozície priamo medzi model Domane Gen 4 a Madone Gen 8 – nie je síce v oblasti stredového zloženia taký tuhý ako špičkový pretekársky bicykel, ale v porovnaní s predchádzajúcou platformou Domane vykazuje výrazne lepší prenos sily na pedále.
Obrázok 3: Vyvíjanie sily na modeli Domane Gen 5.
Prečo je test vertikálnej poddajnosti len jednou časťou príbehu
V minulosti sa rámy umiestňovali do testovacích laboratórnych zariadení so závažím zaveseným na sedle, a tak sa meralo celkové vychýlenie rámu a sedlovky. Je to štandardná prax, ktorá však do celkového systému nezahŕňa kolesá a plášte. Test zároveň využíva statické zaťaženie na rozdiel od realistického dynamického zaťaženia. Meranie poddajnosti celého systému je preto náročné, najmä ak sa zohľadňuje dynamika pedálovania v nerovnom teréne, ale práve tu prichádza na scénu laboratórium Trek Performance Research. Laboratórium Trek Performance Research bolo vybudované s cieľom skúmať interakciu jazdca a bicykla v dynamickom prostredí pri pedálovaní.
Základom laboratória je špeciálny lamelový testovací pás Woodway, na ktorý dokážu inžinieri spoločnosti Trek pripevniť akýkoľvek jazdný povrch. To spoločnosti Trek umožňuje podrobne skúmať dynamiku bicykla, preto tento testovací pás kombinujeme so širokou škálou nástrojov na zaznamenávanie údajov. Od 3D snímania pohybu až po tenzometre a akcelerometre namontované na bicykli – radi hovoríme, že v laboratóriu „meriame všetko od nerovného povrchu až po telo“. Vďaka týmto možnostiam sa konštrukčnému tímu pracujúcemu na modeli Domane podarilo zabezpečiť, aby nová generácia tohto modelu splnila svoje výkonnostné ciele.
Meranie vibračnej sily
Tím Trek Performance Research interne spolupracuje s každým tímom pre vývoj produktov, aby pomohol odpovedať na výskumné otázky týkajúce sa komfortu, efektívnosti a ovládateľnosti. Keďže komfort je subjektívny dojem alebo pocit, snažíme sa podložiť dátami to, čo robí bicykel komfortným, aby sme mohli porovnávať prototypy s existujúcimi bicyklami značky Trek a takisto s bicyklami konkurencie.
Z hľadiska získavania dát je naša definícia komfortu v zásade jednoduchá: znížiť množstvo vibračnej energie, ktorá sa pri danej rýchlosti, v danom teréne a na danom bicykli prenáša na jazdca.3 Hoci je to v zásade jednoduché, metódy merania vibračnej energie sú pomerne sofistikované.
Obrázok 4: Paul Harder a Wendy Ochs pripravujú bicykel a jazdca na ďalšiu testovaciu jazdu.
Modely Domane Gen 4 a Gen 5 boli vybavené sedlom a riadidlami so snímačmi sily. Meraním sily v bodoch kontaktu a integráciou rýchlosti z akcelerometrov umiestnených na tých istých miestach môžeme vypočítať silu prenášanú cez každý bod kontaktu na jazdca. Pomocou tejto metódy sme súčasne porovnali modely Domane Gen 4 a Gen 5 pri jazde na súvisle nerovnom povrchu, pričom sme menili rýchlosť v rozpätí 11 – 32 km/h (7 – 20 mph) a tlak v plášťoch.
Odporúčaný tlak v plášťoch širokých 32 mm a 35 mm sme stanovili pomocou nástroja Wolf Tooth na výpočet tlaku, ktorý zohľadňuje stav povrchu, hmotnosť bicykla a jazdca, rozmery plášťa a takisto jeho konštrukciu. Rozsah tlaku sme nastavili tak, že sme testovali odporúčaný tlak s odchýlkou +/-20 %. Na porovnanie s plášťom s rozmermi 700 × 25c sme použili odporúčaný tlak pre plášte s dušou na základe historických údajov.

Obrázok 5: Vibračná sila pre systém jazdca s bicyklom s celkovou hmotnosťou 90 kg (200 lb) na nerovnom povrchu na testovacom páse.
Graf vyššie potvrdzuje, že systém IsoSpeed mal pri používaní plášťov s dušou širokých 25 mm a nahustených na vysoké hodnoty veľmi veľa práce. Aj so systémom IsoSpeed je prenos vibračnej energie pri plášťoch širokých 25 mm o 19 % vyšší v porovnaní s modelom Gen 5 bez systému IsoSpeed. Prechod z plášťa so šírkou 32 mm na 35 mm zväčšuje vnútornú povrchovú plochu plášťa približne o 10 %. If pressure is kept the same, the total outward force acting on the tire casing therefore increases by 10%. S ohľadom na to, aby sme pri prechode z plášťov so šírkou 32 mm na 35 mm udržali vonkajšiu silu pôsobiacu na plášť konštantnú, musíme znížiť tlak o 10 %.
Tým sa model Domane Gen 5 dostane do rozpätia 5 % od vibračnej sily pôsobiacej na model Domane Gen 4 so systémom IsoSpeed. A to na bicykel, ktorý má o 292 g menej a nevyžaduje údržbu systému IsoSpeed, vôbec nie je zlé. Samozrejme, model Domane nebol testovaný len v laboratóriu. V čase písania tohto textu mali prvé predsériové modely Domane Gen 5 za sebou viac ako 400 hodín a 9 600 km (6 000 míľ) testovacích jázd, ktoré na nich absolvovali naši skúšobní jazdci.
Meranie pohybu jazdca a bicykla
Na preskúmanie toho, ako bicykel reaguje na nerovný terén, ktorý vyvoláva vysokú alebo nízku silu, zrýchlenie a následne vibračnú silu, používame trojrozmerné snímanie pohybu, tzv. „mocap“. Zaznamenali sme pohyb jazdca a bicykla pomocou 12 trojrozmerných infračervených kamier OptiTrack PrimeX 22, aby sme zistili, ako modely Domane Gen 4 a 5 reagovali na testovacom páse.
Obrázok 6: Wendy Ochs pri snímaní trojrozmerného pohybu.
Bicykle boli vybavené reflexnými značkami na každom segmente, čo nám umožňuje sledovať, ako rôzne časti bicykla reagujú na podnety z terénu v trojrozmernom priestore. Z hľadiska hladkosti rámu (t. j. do akej miery bicykel minimalizuje vibrácie pri jazde) sa zameriavame na značky v okolí stredového zloženia. Aby sme pochopili, čo jazdec vníma v sedle, zohľadňujeme pohyb panvy a sedla. Zjednodušene povedané, čím je jazda hladkejšia, tým viac sú panva a sedlo „prepojené“. Inými slovami, pri jazde v nerovnom teréne môže sedlo nadhadzovať jazdca, čo spôsobuje oddelenie panvy od sedla. Jazdec sa tiež môže nadvihnúť zo sedla, aby si jazdu spríjemnil, čo je z hľadiska metabolizmu mimoriadne namáhavé.
Nižšie uvedený graf znázorňuje súhrnný priemer na kolo (t. j. priemerný posun na jedno kolo na testovacom páse) pri rýchlosti 32 km/h (20 mph) pre model Domane Gen 4 s plášťami širokými 32 mm a pre model Domane Gen 5 s plášťami širokými 35 mm. Štandardné odchýlky medzi jednotlivými kolami sú znázornené svetlo tieňovanými oblasťami okolo krivky. Tieňované oblasti pod krivkou sú vyplnené priehľadnou modrou a žltou farbou, takže zelená farba znázorňuje prekrývajúce sa oblasti. Zobrazené trendy platili pri všetkých rýchlostiach, ale tu sa zameriame na rýchlosť 32 km/h (20 mph), pretože pri nej je viditeľný najväčší vertikálny posun pri jazde bicykla v teréne. Ako môžeme vidieť, rozdiel v „hladkosti rámu“, čiže vo vertikálnom posune stredového zloženia, je 0,08 mm, zatiaľ čo posun medzi sedlom a krížovou kosťou jazdca, teda „spojenie“, sa líši len o 0,11 mm. Inými slovami, rozdiel medzi reakciou bicykla Gen 5 a bicykla Gen 4 je prakticky nerozpoznateľný.

Obrázok 7: Priemerné hodnoty posunu stredového zloženia a sedla voči krížovej kosti získané 3D snímaním pohybu počas kola
Záver
Bicykel Domane Gen 5 je ľahší a jednoduchší karbónový cestný bicykel, ktorý vďaka geometrii a vrstveniu karbónových vlákien na sedlovke a ráme, ako aj plášťom širokým 35 mm,* napĺňa svoj prísľub hladkej a efektívnej jazdy. Bicykel Domane Gen 5 si zachováva tú istú obľúbenú cestnú konfiguráciu a geometriu Endurance, vďaka čomu poskytuje jazdcom komfort, istotu a efektívnosť, ktoré charakterizujú model Domane od úplného začiatku.
* Priestor na plášte široké až 35 mm sú v základnej výbave všetkých modelov okrem modelu SLR 9 AXS 1×
Citácie:
1. Drouet J-M, Covill D, Leroux M, Richard S (2022) On metrics to assess road bicycle dynamic
comfort during impacts. (Ukazovatele na hodnotenie dynamického komfortu cestných bicyklov pri nárazoch) Sports Eng 25:1. https://doi.org/10.1007/s12283-021-00366-x
2. Test tuhosti pri pedálovaní v časopise Tour Magazine: https://www.tour-magazin.de/en/buying-advice/components/how-tour-tests/how-tour-tests-the-tour-road-bike-test-in-detail/
3. Trek CheckOUT – biela kniha: https://www.trekbikes.com/us/en_US/checkout-full-suspension-science/