Parte 4B: Resistencia a la rodadura e impedancia

En Parte 4A Cubrimos la historia de Resistencia a la rodadura de bicicletas Estudiar y discutir el concepto de impedancia, una forma de resistencia causada directamente por la rugosidad de la superficie.  El concepto de impedancia es un territorio relativamente nuevo y desconocido para los blogs de ciclismo, pero es algo que cada uno de nosotros siente.  La impedancia está tratando de comenzar desde una parada con adoquines, tratando de viajar sobre la tabla de lavado o una rejilla de ganado, está rodando a todo el vapor de un buen pavimento en un tramo de chip-n-sell y sintiendo su velocidad caída mientras los vatios suben .  

Mientras que CRR o el coeficiente de resistencia a la rodadura es inherente a las pérdidas internas dentro del neumático, la impedancia es una fuerza de succión de energía que se siente a través de todo su cuerpo.  Anteriormente llamado 'pérdidas de suspensión' o 'pérdidas transmitidas', este efecto ocurre cuando los neumáticos no pueden hacer su trabajo correctamente debido a la sobreinflación, el tamaño pequeño o el montón de superficies involuntarias.

Cuando normalmente hablamos sobre CRR o resistencia a la rodadura, simplemente nos referimos a pérdidas dentro del neumático.  A medida que se cargue un neumático, se deformará, y aunque la pulverización de aire en el neumático es casi 100% eficiente, la carcasa del neumático no lo es.  A medida que la carcasa se desvía, el calor se genera mediante el movimiento de los diversos materiales de carcasa.  Este calor, se pierde la energía del sistema.  

Históricamente, hubo dos soluciones para pérdidas de carcasa, mayores presiones para reducir la deformación de la carcasa y las carcasas más finas hechas de materiales con mayores eficiencias.  Pruebas tradicionales de tambor de neumáticos, del tipo realizado por Tom Anhalt, BicyCletIrollingResistance, Al Morrison y otros implican correr un neumático en un tambor de metal a varias presiones.  Todas estas pruebas están midiendo las pérdidas de carcasa dentro del neumático. 

 Este gráfico es un ejemplo de Al Morrison y Tom Anhalt de un neumático muy eficiente probado en un tambor de acero.  Tenga en cuenta que la resistencia a la rodadura disminuye a medida que aumenta la presión del aire, esto es el resultado de que el neumático se desvía menos en el parche de contacto.  Este tipo de datos ha existido durante muchos años y es en parte culpable del mito 'mayor presión es más rápido' que todos hemos creído durante tanto tiempo. 

Sin embargo, estos datos no tienen en cuenta la rugosidad de la superficie o las ineficiencias del cuerpo humano sobre la bicicleta y, por lo tanto, es incompleta.

Tom Anhalt fue uno de los primeros en tomar neumáticos utilizados en las pruebas de rodillos en el campo para intentar replicar datos.  ¡Lo que encontró fue todo un shock! 

Si bien los datos coincidían con presiones más bajas, los datos del mundo real divergieron de manera algo dramáticamente de los datos del rodillo a presiones más altas. 

Esta divergencia es el resultado de pérdidas de impedancia que abruman el sistema a medida que el neumático está excesivo.  Lo más interesante es que esta prueba inicial se realizó en asfalto "bueno", que realmente plantea preguntas sobre superficies de menor calidad.

La nueva teoría sobre las pérdidas de rodadura es que tanto la impedancia de la superficie como las pérdidas de la carcasa se agregaron para crear una pérdida total de laminación.  Este concepto ha sido inherentemente conocido durante mucho tiempo, ya que a menudo hemos discutido neumáticos que tienen diferentes CRR en diferentes superficies, sin embargo, la nueva forma de verlo nos permite dividir la ecuación en 2 partes que se ven así: 

Nuevo concepto de teórico (tambor de acero) CRR más impedancia = pérdida total 

Suma de CRR e impedancia teórica (tambor de acero)

Esta teoría predice que por debajo de la presión del punto de interrupción, el sistema estará dominado por las pérdidas de la carcasa (aunque aún afectada por la impedancia) y a presiones más altas, el sistema estará dominado por pérdidas de impedancia, aunque aún se ve afectada por las pérdidas de la carcasa.

En el verano de 2014, al equipo SILCA se le presentó un proyecto de repavimentación local que cerró completamente 900 metros de carretera.  En el transcurso del proyecto, el pavimento se quitó por completo y luego se volvió a pavimentar durante un proyecto de un mes.  Decidimos convertir esta oportunidad en una presión de neumático y una prueba de CRR utilizando el Método Chung para determinar CRR a partir de pruebas de campo.  Para esta prueba, se utilizó un jinete en un Cervelo P4 en la posición aerodinámica.  Una posición TT es útil para este tipo de prueba, ya que reduce la variabilidad del arrastre aerodinámico.  Una bicicleta TT también tiene una distribución de peso de casi 50/50, por lo que se usaron presiones de neumáticos delanteros y traseros equivalentes.  El peso total del jinete y la bicicleta fue de 190 libras, usamos agua dentro de las botellas de agua para mantener una masa total equivalente durante la duración de las pruebas.

Nuestra superficie inicial fue mecánicamente áspera por una fresadora de pavimentos.  La rugosidad de la superficie era un pico increíblemente uniforme de 8 mm a la altura del valle con una longitud pico a pico de 1 pulgada. 

 La superficie del pavimento fresado: ¡nuestro curso de prueba tenía 900 metros de esto!

Además, probamos en la superficie del sello de chip n 'sobre la parte superior de esto, el asfalto grueso y el asfalto final que se muestra a continuación.  

Primer plano de la superficie de asfalto final de nuestro camino de prueba.  Esta foto fue tomada 4 días después del rodamiento final de la superficie.  Puedes ver de cerca que el asfalto 'perfecto' en realidad contiene muchas imperfecciones.

Cada prueba se ejecutó usando neumáticos Continental GP4000S II de 25 mm en ruedas de petardo Zipp 404.  Los neumáticos tenían un ancho instalado de 25.8 mm a 100 pSi.  

 CRR vs Presión de los neumáticos para 3 rugosidad de la superficie diferente.  Los datos originales de Tom Anhalt, Al Morrison, están representados en azul.

A partir de esta prueba, supimos que los datos de Tom Anhalt eran repetibles, y la impedancia de hecho domina la resistencia a la rodadura más allá de la presión del punto de interrupción como lo había demostrado sus pruebas iniciales.  Ahora estamos regresando para obtener más pruebas con diferentes pesos de los jinetes y anchos de los neumáticos, pero a partir de las 5 ejecuciones de datos realizamos en esta prueba (solo se muestra que los 3 mantienen el gráfico limpio) los 5 mostraron impedancia asumiendo el control y dominando las pérdidas de rodamiento más allá una cierta presión.  

Lo más interesante quizás sea la no linealidad de estos efectos.  Hemos agregado valores de potencia para representar los vatios perdidos a estas fuerzas de rodamiento combinadas.  Tenga en cuenta el cuadro debajo de los efectos relativos de estar 10psi por encima del 'punto de ruptura' versus estar 10psi por debajo del 'punto de ruptura'. 

Diferencias de potencia en +/- 10 psi de presión del punto de interrupción para 3 superficies 

El equipo Silca ahora planea expandir las pruebas para ver más presiones, más pesos de los jinetes, más anchos de neumáticos y superficies alternativas.  Puede imaginar el tamaño del conjunto de datos al que esto podría llevarnos, ¡pero los resultados son fascinantes y emocionantes!  Una lección aprendida es que el pavimento de 4 días de edad, mientras que 'suave' en apariencia tiene una rugosidad más alta de lo que podría pensar, pero también es 'suave', lo que parece haber aumentado las pérdidas de rodamiento total, pero parece haber emprendido también el línea de impedancia.  Las pruebas completadas recientemente en la superficie de la carretera idéntica, ahora casi 2 años, muestran una disminución marcada en el CRR, así como una disminución en la inclinación de la curva después del punto de interrupción. 

 Asphalt de 4 días de edad vs 2 años en el mismo curso

Si bien hemos aprendido muchas lecciones en este viaje, ¡claramente hay muchas más por venir!  Esperamos publicar pronto más información y datos sobre este tema, pero aquí hay algunas conclusiones clave: 

• La presión del neumático no es una variable maximizar o minimizar, pero puede optimizarse para las condiciones de peso, tamaño de neumático y curso
• Es mejor establecer su presión unos pocos PSI por debajo de la presión del punto de interrupción que tenerlo unos pocos psi por encima de la presión del punto de interrupción

• Las superficies ásperas y/o blandas tienen líneas de impedancia más pronunciadas que hacen que la resistencia de rodamiento total sea más alta y la presión óptima de los neumáticos
• Los neumáticos más flexibles tendrán curvas menos empinadas de CRR e impedancia y son más indulgentes con los errores de presión de los neumáticos

Los neumáticos con carcasas más flexibles tienen una menor resistencia a la rodadura en todas partes y son más indulgentes de sobre/bajo presión.  Mira nuestro Calculadora de presión de neumáticos para su presión más rápida.