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Escrito por:
Kyle Russ, Engenheiro Biomecânico Líder
Wendy Ochs, Engenheira Biomecânica Sênior
Paul Harder, Engenheiro Principal de P&D

Evolução do carbono na Domane: Do IsoSpeed à 5ª geração

A icônica plataforma Domane da Trek, evoluiu a cada geração, mas a sua essência permanece inalterada: A Domane é uma bicicleta de estrada de resistência confortável, eficiente e inspiradora confiança, construída para longas, rápidas e divertidas pedaladas.

A Domane de primeira geração foi construída com pneus 700x25c e freios de aro que comprimiam aros de perfis estreitos. Além do poder de frenagem, esses pneus estreitos exigiam pressões visivelmente altas, então os engenheiros e designers da Trek da época desenvolveram uma tecnologia de flexibilidade revolucionária para ajudar a suavizar a pedalada. Eles o apelidaram de Desacoplador IsoSpeed, ou simplesmente IsoSpeed. O sistema IsoSpeed proporcionava uma junção não rígida entre o tubo vertical e o tubo superior, permitindo que o tubo vertical flexionasse muito mais do que um quadro tradicional da época, tornando assim a pedalada mais suave e confortável.

A tecnologia funcionou de forma tão eficaz que a Domane ajudou ciclistas como Fabian Cancellara, Lizzie Deignan e Elisa Longo Borghini a subir ao degrau mais alto do pódio no lendário circuito de Paris-Roubaix, conhecido por suas estradas acidentadas.

Colecionar resultados de corridas ao longo dos anos é uma honra para a Trek, mas muita coisa mudou na tecnologia de bicicletas desde 2012. Os freios a disco hidráulicos substituíram os freios de aro, liberando espaço para pneus maiores. O volume dos pneus, portanto, aumentou gradualmente à medida que os ciclistas buscavam um pedalar mais suave e com maior capacidade nas estradas. Essa revolução nos pneus abriu caminho para a criação de uma bicicleta muito mais leve, menos complexa, com conforto semelhante e maior rigidez ao pedalar. Entra a Domane 5ª Geração.

Figura 1: Kyle Russ e Paul Harder transferindo instrumentos entre bicicletas de teste no Laboratório de Pesquisa de Desempenho da Trek.

Domane 5ª geração, até os mínimos detalhes.

A equipe de design da Domane 5ª geração estabeleceu três objetivos: limitar a força vibracional¹ transferida para o ciclista, melhorar a rigidez da pedalada e reduzir o peso da bicicleta. A força vibracional é uma métrica usada pela equipe de Pesquisa de Desempenho da Trek para medir a energia transmitida ao ciclista ao pedalar em terrenos acidentados. Então, como uma bicicleta que notoriamente omite o IsoSpeed ainda consegue proporcionar uma pedalada confortável e, ao mesmo tempo, oferecer maior rigidez na pedalada? A resposta se resume a três componentes: canote, quadro e pneu.

A geometria do canote e a disposição de camadas das fibras de carbono foram otimizadas para proporcionar flexibilidade vertical e rigidez lateral. O canote possui uma seção transversal interna ovalada que permite sua flexão sob impactos fortes, mantendo a rigidez lateral quando o selim está sob carga durante o controle da bicicleta.

Figura 2: O canote da Domane 5ª geração proporciona uma pedalada suave durante os testes de flexibilidade vertical em nossa esteira interna.

No quadro, a disposição das camadas foi otimizada para proporcionar tanto a flexibilidade vertical quanto a rigidez ao pedalar. A nova bike apresenta um aumento de 6% no teste de rigidez ao pedalar da Tour Magazine², o que coloca a Domane 5ª geração no ponto ideal, exatamente entre a Domane 4ª geração e a Madone 8ª geração — não tão rígida no movimento central quanto a melhor bicicleta de corrida, mas com uma transferência de potência para os pedais notavelmente melhorada em comparação com a plataforma Domane anterior.

Figura 3: Reduzindo a força da Domane 5ª geração.

Por que os testes de flexibilidade vertical são apenas parte da história

Historicamente, os quadros eram colocados em dispositivos de teste de laboratório com pesos pendurados no selim para medir a deflexão geral do quadro e do canote. Essa é uma prática comum, mas não inclui a roda ou o pneu no sistema. O teste também utiliza carga estática em oposição à carga dinâmica realista. Medir a flexibilidade do sistema completo é, portanto, um desafio, especialmente ao incorporar a dinâmica da pedalada em terrenos acidentados, mas é aí que entra o Laboratório de Pesquisa de Desempenho da Trek. O Laboratório de Pesquisa de Desempenho da Trek foi criado para avaliar a interação entre ciclista e bicicleta em um ambiente de pedalada dinâmico.

O laboratório foi criado em torno de uma esteira Woodway personalizada, com base em ripas, que permite aos engenheiros da Trek aparafusar qualquer tipo de superfície. Essa capacidade permite à Trek analisar os detalhes da dinâmica da bicicleta e, para isso, combinamos a esteira com uma ampla gama de ferramentas de captura de dados. Da captura de movimento 3D aos sensores de tensão e acelerômetros montados na bicicleta, gostamos de dizer que "medimos tudo, do impacto ao corpo" no laboratório. Utilizando essas capacidades, a equipe de design da Domane conseguiu garantir que a próxima geração da Domane atingisse suas metas de desempenho.

Medição da força vibracional

A equipe de Pesquisa de Desempenho da Trek trabalha internamente com cada equipe de desenvolvimento de produto para ajudar a responder perguntas relacionadas ao conforto, a eficiência e o controle. Como o conforto é uma impressão ou sensação subjetiva, nos esforçamos para obter dados que comprovem o que torna uma bicicleta confortável, para que possamos comparar os protótipos com as bicicletas Trek existentes, bem como com as bicicletas dos concorrentes.

Do ponto de vista da coleta de dados, nossa definição de conforto, em princípio, é simples: reduzir a quantidade de força vibracional transmitida ao ciclista para uma determinada velocidade, terreno e bicicleta³. Embora simples em princípio, os métodos para capturar a força vibracional são bastante sofisticados.

Figura 4: Paul Harder e Wendy Ochs preparando a bike e o ciclista para mais um teste.

As gerações 4 e 5 da Domane foram equipadas com um selim e um guidão com sensores de força. Ao medir a força nos pontos de contato e integrar a velocidade obtida pelos acelerômetros nesses mesmos locais, pudemos calcular a força transferida de cada ponto de contato ao ciclista. Utilizando esse método, colocamos bicicletas de 4ª e 5ª geração lado a lado em uma superfície continuamente irregular, variando as velocidades de 11 a 32 km/h e as pressões dos pneus.

As pressões recomendadas para os pneus de 32 e 35mm foram definidas usando a calculadora de pressão da Wolf Tooth, que considera as condições da superfície, o peso da bicicleta e do ciclista, o tamanho e a construção do pneu. A varredura de pressão foi configurada usando a pressão recomendada com uma margem de erro de ±20%. Para a comparação com o pneu 700x25c, utilizamos uma recomendação de pressão para pneus com câmara, baseada em dados históricos.



Figura 5: Força para um sistema de ciclista e bicicleta de 90 kg (200 lb) em uma esteira com superfície irregular.

O gráfico acima mostra que o IsoSpeed estava desempenhando um papel fundamental na era dos pneus de alta pressão com câmaras de ar de 25mm. Mesmo com IsoSpeed, a transferência de força vibracional com pneus de 25mm é 19% maior em comparação com a 5ª geração sem IsoSpeed. A mudança de um pneu de 32mm para um de 35 mm aumenta a área da superfície interna do pneu aproximadamente 10 vezes.%. If pressure is kept the same, the total outward force acting on the tire casing therefore increases by 10%. Com isso em mente, para manter a força externa exercida sobre a carcaça do pneu constante entre os pneus de 32 e 35mm, precisamos diminuir a pressão em 10%.

Ao fazer isso, a Domane 5ª geração fica a apenas 5% da força vibracional da bicicleta de 4ª geração com IsoSpeed. Nada mal para uma bicicleta que pesa 292g a menos sem a necessidade de manutenção do IsoSpeed. É claro que a Domane não foi testada apenas em laboratório. No momento da redação deste texto, as bike 5ªGeração de pré-produção haviam acumulado mais de 400 horas e mais de 9.600 quilômetros de testes entre nossos avaliadores.

Medição do movimento do ciclista e da bicicleta


Para investigar como uma bicicleta reage a terrenos acidentados que geram alta ou baixa força, aceleração e, portanto, força vibracional, utilizamos a captura de movimento tridimensional, ou "mocap". Capturamos o movimento do ciclista e da bicicleta usando 12 câmeras infravermelhas tridimensionais OptiTrack PrimeX 22 para ver como os modelos da 4ª e 5ª gerações da Domane respondiam na esteira.

Figura 6: Wendy Ochs capturando movimento tridimensional.

As bicicletas foram equipadas com marcadores refletivos em cada segmento, o que nos permite ver como as diferentes áreas da bicicleta respondem às interações com o terreno em um espaço tridimensional. Do ponto de vista da suavidade do chassi (ou seja, o quanto a bicicleta suaviza a pedalada), observamos as marcações ao redor do movimento central. Para entender o que o ciclista sente no selim, consideramos os movimentos da pélvis e do selim. Em termos mais simples, quanto mais suave for a pedalada, mais "conectados" ficam a pélvis e o selim. Em outras palavras, ao pedalar em terrenos acidentados, o selim pode fazer o ciclista quicar, causando uma desconexão entre a pélvis e o selim. Alternativamente, o ciclista pode se inclinar para fora do selim para suavizar a pedalada, o que é metabolicamente, extremamente desgastante.

O gráfico abaixo mostra a média do conjunto de voltas (ou seja, o deslocamento médio por volta na esteira) a 32km/h (20 mph) para a Domane 4ª geração com pneus de 32mm e a Domane 5ª geração com pneus de 35mm. Os desvios padrão entre voltas são mostrados pelas áreas levemente sombreadas ao redor da curva. As áreas sombreadas sob a curva são preenchidas com cores transparentes azul e amarela, de modo que o verde mostra as áreas de sobreposição. As tendências observadas se mantiveram em todas as velocidades, mas vamos nos concentrar em 32km/h (20mph), porque essa velocidade apresenta o maior deslocamento vertical da bicicleta sobre o terreno. Como podemos ver, a diferença na "suavidade do chassi", ou deslocamento vertical do movimento central, é de 0,08mm, enquanto o deslocamento do selim à região sacroilíaca, ou "conexão", varia apenas 0,11mm. Em outras palavras, a diferença entre a resposta da bicicleta de 5ª geração e a da bicicleta de 4ª geração é indistinguível.



Figura 7: Média do conjunto de voltas por captura de movimento 3D do deslocamento do movimento central e do selim à região sacroilíaca

Conclusão


A Domane 5ª geração é uma bicicleta de estrada de carbono mais leve e simples que cumpre a promessa de proporcionar uma pedalada suave e eficiente graças à geometria e à disposição de camadas das fibras de carbono no canote e no quadro, bem como à especificação de pneus de 35mm*. A Domane 5ª geração também mantém a mesma geometria e ajuste consagrados para bicicletas de estrada de longa distância, proporcionando aos ciclistas o conforto, a confiabilidade e a eficiência que definem a Domane desde o início.

*O espaço livre para pneus de 35mm é padrão em todos os modelos, exceto na SLR 9 AXS 1x.