Parte 4B: resistenza al rotolamento e impedenza

In Parte 4A Abbiamo coperto la storia di Resistenza al rotolamento in bicicletta Studia e discusso del concetto di impedenza, una forma di resistenza causata direttamente dalla rugosità superficiale.  Il concetto di impedenza è un territorio relativamente nuovo e inesplorato per i blog in bicicletta, ma è qualcosa che ognuno di noi ha un'idea.  L'impedenza sta cercando di iniziare da una fermata sui ciottoli, cercando di cavalcare su un lavaggio o una griglia, sta rotolando piena vapore da un bel marciapiede su un tratto di chip-n-seal e sentendo la tua velocità calare mentre i tuoi watt si arrampicano .  

Mentre il CRR o il coefficiente di resistenza al rotolamento sono inerenti alle perdite interne all'interno dello pneumatico, l'impedenza è una forza di succhiamento dell'energia avvertita in tutto il corpo.  Precedentemente chiamati "perdite di sospensione" o "perdite trasmesse" Questo effetto si verifica quando le gomme non sono in grado di svolgere il proprio lavoro correttamente a causa di eccesso di inflazione, piccole dimensioni o di essere cavalcate su superfici non intenzionali.

Quando parliamo in genere di CRR o resistenza al rotolamento, ci riferiamo semplicemente alle perdite all'interno del pneumatico.  Man mano che viene caricato un pneumatico, si deformerà e mentre la primavera nella gomma è efficiente quasi al 100%, l'involucro del pneumatico non lo è.  Mentre l'involucro si devia, il calore viene generato dal movimento dei vari materiali di involucro.  Questo calore, è perdita di energia dal sistema.  

Storicamente, ci sono state due soluzioni per le perdite di involucro, pressioni più elevate per ridurre la deformazione dell'involucro e involucri più fini realizzati con materiali con maggiori efficienze.  Test di batteria tradizionale, il tipo fatto da Tom Anhalt, BicycleTirerollingResistance, Al Morrison e altri implicano la gestione di uno pneumatico su un tamburo di metallo a varie pressioni.  Questi test misurano tutti perdite di involucro all'interno del pneumatico. 

 Questo grafico è un esempio di Al Morrison e Tom Anhalt di un pneumatico molto efficiente testato su un tamburo in acciaio.  Si noti che la resistenza al rotolamento diminuisce all'aumentare della pressione dell'aria, questo è il risultato del pneumatico che devia meno nella patch di contatto.  Questo tipo di dati esiste da molti anni ed è in parte responsabile del mito "più veloce è più veloce" che tutti abbiamo creduto per così tanto tempo. 

Questi dati, tuttavia, non prendono in considerazione la rugosità superficiale o le inefficienze del corpo umano in cima alla bicicletta ed è quindi incompleto.

Tom Anhalt è stato uno dei primi a prendere le gomme utilizzate nei test a rulli nel campo per cercare di replicare i dati.  Quello che ha trovato è stato uno shock! 

Mentre i dati corrispondevano a pressioni più basse, i dati del mondo reale si discostavano leggermente dai dati del rullo a pressioni più elevate! 

Questa divergenza è il risultato di perdite di impedenza che schiacciano il sistema poiché il pneumatico è sovraccaricato.  Più interessante, questo test iniziale è stato eseguito sull'asfalto "buono", il che fa davvero domande su superfici di qualità inferiore.

La nuova teoria sulle perdite di rotolamento è che sia l'impedenza di superficie che le perdite di involucro si stavano aggiungendo per creare perdite totali di rotolamento.  Questo concetto è stato intrinsecamente noto da molto tempo poiché abbiamo spesso discusso di pneumatici che hanno CRR diversi su superfici diverse, tuttavia, il nuovo modo di guardarlo ci consente di rompere l'equazione in 2 parti che sembrano così: 

Nuovo concetto di teorica (tamburo d'acciaio) CRR Plus Impedance = perdita totale di rotoli 

Somma di teorico (tamburo d'acciaio) CRR e impedenza

Questa teoria prevede che al di sotto della pressione del punto di interruzione il sistema sarà dominato dalle perdite di involucro (sebbene ancora colpito dall'impedenza) e a pressioni più elevate il sistema sarà dominato dalle perdite di impedenza, sebbene ancora colpito dalle perdite di involucro.

Nell'estate 2014, al team SILCA è stato presentato con un progetto di ripavuzione locale che ha chiuso completamente 900 metri di strada.  Nel corso del progetto, il marciapiede è stato completamente raschiato e poi ha ri-pavimentato oltre un mese di progetto.  Abbiamo deciso di trasformare questa opportunità in una pressione dei pneumatici e test CRR usando il Metodo Chung Per determinare il CRR dai test sul campo.  Per questo test, è stato utilizzato un pilota su un Cervelo P4 in posizione aerodinamica.  Una posizione TT è utile per questo tipo di test in quanto riduce la variabilità della resistenza aerodinamica.  Una bici TT ha anche una distribuzione del peso di quasi 50/50, quindi sono state utilizzate pressioni equivalenti per le gomme anteriori e posteriori.  Il peso totale del pilota e della bici era di 190 libbre, abbiamo usato l'acqua all'interno delle bottiglie d'acqua per mantenere una massa totale equivalente per tutta la durata del test.

La nostra superficie iniziale era una macinazione meccanicamente ruvida da una fresatrice per pavimentazione.  La rugosità della superficie era un picco da 8 mm incredibilmente uniforme all'altezza della valle con picco da 1 pollice a lunghezza del picco. 

 La superficie della pavimentazione fresata: il nostro corso di test aveva 900 metri di questo!

Abbiamo ulteriormente testato sulla superficie del chip n 'sigillo sopra questo, l'asfalto grosso e l'asfalto finale mostrato di seguito.  

Primo piano della superficie di asfalto finale della nostra strada di prova.  Questa foto è stata scattata 4 giorni dopo il rotolamento finale della superficie.  Puoi vedere da vicino che l'asfalto "perfetto" contiene in realtà molte imperfezioni.

Ogni test è stato eseguito utilizzando pneumatici Continental GP4000S II da 25 mm su ruote zipp 404.  I pneumatici avevano una larghezza installata di 25,8 mm a 100 psi.  

 CRR vs pressione dei pneumatici per 3 diverse rugosità superficiale.  I dati originali di Tom Anhalt, Al Morrison sono rappresentati in blu.

Da questo test, abbiamo appreso che i dati di Tom Anhalt erano ripetibili e l'impedenza in realtà domina la resistenza di rotolamento oltre la pressione del punto di interruzione come avevano mostrato i suoi test iniziali.  Ora stiamo tornando indietro per ulteriori test con diversi pesi del pilota e larghezze dei pneumatici, ma dalle 5 corse di dati che abbiamo assunto in questo test (solo 3 sono mostrati per mantenere pulito il grafico) tutti e 5 hanno mostrato l'impedenza che prende il sopravvento e dominano le perdite di rotolamento oltre una certa pressione.  

Soprattutto forse è la non linearità di questi effetti.  Abbiamo aggiunto valori di potenza per rappresentare i watt persi in queste forze di rotolamento combinate.  Nota il grafico sotto gli effetti relativi dell'essere 10psi sopra il "punto di interruzione" rispetto a 10psi sotto il "punto di rottura". 

Differenze di potenza a +/- 10 psi di pressione di breakpoint per 3 superfici 

Il team SILCA sta ora pianificando di espandere i test per esaminare più pressioni, più pesi del pilota, più larghezze dei pneumatici e superfici alternative.  Puoi immaginare le dimensioni del set di dati che potrebbero portarci, ma i risultati sono affascinanti ed eccitanti!  Una lezione appresa è che la pavimentazione di 4 giorni mentre "liscia" nell'aspetto ha una rugosità più elevata di quanto si possa pensare, ma è anche "morbida" che sembra aver entrambi aumentato le perdite totali di rotolamento, ma sembra aver anche inoltrato il linea di impedenza.  I test completati di recente sulla identica superficie stradale, ora quasi 2 anni mostrano una marcata riduzione del CRR e una diminuzione della pendenza della curva dopo il breakpoint. 

 Asphalt di 4 giorni contro 2 anni sullo stesso corso

Mentre abbiamo imparato molte lezioni lungo questo viaggio, ce ne sono chiaramente molti altri ancora da venire!  Speriamo di pubblicare presto maggiori informazioni e dati su questo argomento, ma ecco alcuni takeaway chiave: 

• La pressione dei pneumatici non è una variabile massimizza o minimizza, ma può essere ottimizzata per il peso, le dimensioni dei pneumatici e le condizioni del corso
• Meglio impostare la pressione di qualche PSI al di sotto della pressione del punto di interruzione piuttosto che avere qualche psi al di sopra della pressione del punto di interruzione

• Le superfici ruvide e/o morbide hanno linee di impedenza più ripide che rendono la resistenza di rotolamento totale più alta e la pressione ottimale dei pneumatici inferiore
• Pneumatici più flessibili avranno curve CRR e impedenza meno ripide e sono più indulgenti degli errori di pressione dei pneumatici

I pneumatici con involucri più elastici hanno una resistenza al rotolamento inferiore ovunque e sono più indulgenti della pressione eccessiva/sotto.  Dai un'occhiata al nostro Calcolatore della pressione dei pneumatici per la tua pressione più veloce.