Autoři:
Kyle Russ, vedoucí inženýr biomechaniky
Wendy Ochs, hlavní inženýrka biomechaniky
Paul Harder, hlavní inženýr oddělení výzkumu a vývoje
Vývoj karbonového Domane: Od IsoSpeed po Gen 5
Kultovní platforma Trek Domane se s každou generací vyvíjela, ale její hlavní myšlenka zůstává stejná: Silniční kolo Domane pro sebevědomou vytrvalostní jízdu je pohodlné a výkonné a je určeno pro dlouhé, rychlé a zábavné jízdy.
Kolo Domane první generace bylo zkonstruováno pro pláště o rozměrech 700x25c a ráfkové brzdy s úzkým profilem ráfku. Kromě brzdného výkonu vyžadovaly tyto úzké pláště vysoký tlak, a proto tehdejší inženýři a konstruktéři společnosti Trek vyvinuli revoluční technologii tlumení, která měla přispět k plynulejší jízdě. Nazvali ji pružící prvek IsoSpeed či zkráceně IsoSpeed. Prvek IsoSpeed zajišťoval pružné spojení mezi sedlovou a horní rámovou trubkou, díky čemuž se sedlová trubka mohla ohýbat mnohem více než u tehdejších tradičních rámů, čímž se jízda stala plynulejší a pohodlnější.
Tato technologie byla tak účinná, že model Domane pomohl jezdcům jako Fabian Cancellara, Lizzie Deignan a Elisa Longo Borghini dosáhnout na nejvyšší stupínky pódia na legendárním závodě Paříž–Roubaix, který je známý náročnými úseky.
Trek s potěšením sleduje výsledky závodů z uplynulých let, nicméně od roku 2012 doznaly technologie v cyklistickém odvětví řadu změn. Hydraulické kotoučové brzdy nahradily ráfkové brzdy, a tak vznikl prostor pro širší pláště. Objem plášťů se proto postupně zvětšoval, protože cyklisté toužili po hladší a výkonnější jízdě na silnici. Tato revoluce v oblasti plášťů umožnila vývoj mnohem lehčího kola s jednodušší konstrukcí, srovnatelnou pružností a lepší tuhostí při šlapání. Na scénu vstoupil model Domane Gen 5.
Obrázek 1: Kyle Russ a Paul Harder v laboratoři pro výzkum výkonu Trek demontují měřicí přístroje z jednoho testovacího kola a instalují je na druhé.
Gen 5 Domane podrobně
Tým konstruktérů modelu Domane Gen 5 si stanovil tři cíle: omezit vibrační energii¹ přenášenou na jezdce, zlepšit tuhost při šlapání a snížit hmotnost kola. Vibrační energie je ukazatel, který tým pro výzkum výkonu Trek používá k měření energie přenášené na jezdce při jízdě po nerovném terénu. Jak je tedy možné, že kolo, které nemá prvek IsoSpeed, se přesto vyznačuje pohodlnou jízdou a zároveň vyšší tuhostí při šlapání? Odpověď zní: díky třem komponentům - sedlovce, rámu a plášti.
Geometrie sedlovky a vrstvení uhlíkových vláken byly optimalizovány s ohledem na pružnost ve svislém směru a boční tuhost. Sloupek má oválný vnitřní průřez, díky čemuž se při silných nárazech ohýbá, ale současně si zachovává boční tuhost, když je sedlo zatíženo při ovládání kola.
Obrázek 2: Při testování pružnosti ve svislém směru na našem trenažéru poskytovala sedlovka modelu Domane Gen 5 plynulou jízdu.
Pokud jde o rám, vrstvení bylo optimalizováno jak z hlediska pružnosti ve svislém směru, tak z hlediska tuhosti při šlapání. Nové kolo vykázalo v testu tuhosti při šlapání časopisu Tour Magazine² nárůst o 6 %, díky čemuž Domane Gen 5 zaujímá ideální pozici přesně mezi modelem Domane Gen 4 a Madone Gen 8 – v oblasti středového složení není sice tak tuhé jako toto špičkové závodní kolo, ale oproti předchozí platformě Domane vykazuje výrazně lepší přenos energie do pedálů.
Obrázek 3: Domane Gen 5 pod zátěží
Proč je testování pružnosti ve svislém směru jen jednou částí celého příběhu
V minulosti se rámy umisťovaly do zkušebních laboratorních zařízení a na sedlovku se zavěšovalo závaží, aby se změřilo celkové vychýlení rámu a sedlovky. Jedná se o běžný postup, avšak nezahrnuje kolo ani plášť. Tento test navíc využívá statické zatížení, na rozdíl od skutečného dynamického zatížení. Měření pružnosti celého kola je proto náročné, zejména pokud se zohlední dynamika šlapání na nerovném terénu, ale právě v tom nám pomáhá laboratoř pro výzkum výkonu Trek. Laboratoř pro výzkum výkonu Trek byla zřízena za účelem zkoumání interakce mezi jezdcem a jízdním kolem v dynamických podmínkách šlapání.
Práce laboratoře vychází ze speciálně vyrobeného trenažéru Woodway s lamelovým povrchem, na který mohou inženýři společnosti Trek přišroubovat libovolný povrch pro jízdu. Tento trenažér umožňuje společnosti Trek podrobně analyzovat dynamiku jízdního kola, a proto ho kombinujeme s celou řadou nástrojů pro sběr dat. Od 3D snímání pohybu až po tenzometry a akcelerometry namontované na kole – v laboratoři rádi říkáme, že „měříme vše od nerovností na cestě až po tělo“. Díky těmto možnostem se týmu, který zkonstruoval model Domane, podařilo splnit výkonnostní cíle, které si pro tuto generaci Domane vytyčil.
Měření vibrační energie
Tým pro výzkum výkonu Trek spolupracuje s jednotlivými týmy společnosti Trek zabývajícími se vývojem produktů a pomáhá jim hledat odpovědi na otázky týkající se pohodlí, účinnosti a ovladatelnosti. Jelikož pohodlí je subjektivní dojem či pocit, snažíme se doložit daty to, co činí kolo pohodlným, abychom mohli prototypy porovnávat jak se stávajícími modely Trek, tak s koly konkurence.
Z hlediska sběru dat je naše definice pohodlí v zásadě jednoduchá: snížit množství vibrační energie, která se při dané rychlosti, terénu a typu kola přenáší na jezdce³. Ačkoli jsou metody zaznamenávání vibrační energie v podstatě jednoduché, jsou poměrně sofistikované.
Obrázek 4: Paul Harder a Wendy Ochs připravují kolo i jezdce na další zkušební okruh.
Modely Domane Gen 4 a Gen 5 byly vybaveny sedlem a řídítky s vestavěnými snímači síly. Na základě měření síly v dotykových bodech a integrace rychlosti naměřené akcelerometry na týchž místech vypočítáme energii přenášenou na jezdce prostřednictvím jednotlivých dotykových bodů. Pomocí této metody jsme porovnali chování modelů Gen 4 a Gen 5 na souvislém nerovném povrchu při rychlostech v rozmezí 11–25 km/h a při různých tlacích v pláštích.
Doporučené tlaky v pláštích o rozměrech 32 mm a 35 mm byly stanoveny pomocí kalkulačky tlaku Wolf Tooth, která zohledňuje stav povrchu, hmotnost kola a jezdce, rozměr plášťů a jejich konstrukci. Testovací rozmezí tlaku bylo nastaveno na hodnotu doporučeného tlaku a +/-20 %. Pro srovnání s pláštěm o rozměrech 700x25c jsme použili doporučený tlak pro pláště s duší na základě historických údajů.

Obrázek 5: Vibrační energie v případě kombinace jezdce a kola o hmotnosti 90 kg na nerovném povrchu na trenažéru.
Z výše uvedeného grafu je patrné, že prvek IsoSpeed sehrál významnou roli v době, kdy se používaly vysokotlaké pláště s duší o šířce 25 mm. I při použití IsoSpeed je přenos vibrační energie u 25mm plášťů o 19 % vyšší než u modelu Gen 5 bez prvku IsoSpeed. Nahrazením 32mm pláště pláštěm o šířce 35 mm se vnitřní povrchová plocha pláště zvětší přibližně o 10%. If pressure is kept the same, the total outward force acting on the tire casing therefore increases by 10%. Aby tedy vnější síla působící na plášť zůstala stejná u plášťů o šířce 32 mm i 35 mm, musíme snížit tlak o 10 %.
Díky tomu je vibrační energie modelu Domane Gen 5 jen o 5 % nižší než u modelu Domane Gen 4 s prvkem IsoSpeed. To není špatný výsledek pro kolo, které je o 292 g lehčí, a přitom nevyžaduje údržbu systému IsoSpeed. Kolo Domane samozřejmě nebylo testováno pouze v laboratoři. V době psaní tohoto textu absolvovaly modely Gen 5 v předvýrobní fázi přes 400 hodin a 9 000 km zkušebních jízd.
Měření pohybu jezdce a kola
Abychom zjistili, jak se kolo chová na nerovném terénu, který generuje malou či velkou sílu, zrychlení a tím i vibrační energii, využíváme trojrozměrné snímání pohybu. Pomocí 12 trojrozměrných infračervených kamer OptiTrack PrimeX 22 jsme zaznamenali pohyb jezdce a kola, abychom zjistili, jak se modely Domane Gen 4 a 5 chovají na trenažéru.
Obrázek 6: Wendy Ochs zaznamenává trojrozměrný pohyb.
Relevantní části kol jsme opatřili reflexními značkami, které nám umožnili sledovat, jak jednotlivé části kola reagují na podněty z terénu v trojrozměrném prostoru. Z hlediska pružnosti rámu (tj. do jaké míry kolo tlumí nerovnosti při jízdě) se zaměřujeme na ukazatele v okolí středového složení. Abychom pochopili, co jezdec v sedle cítí, zvažujeme pohyb pánve a sedla. Zjednodušeně řečeno, čím plynulejší je jízda, tím více jsou pánev a sedlo „propojené“. Jinými slovy, při jízdě po nerovném terénu může sedlo jezdce nadhazovat, což vede k oddělení pánve od sedla. Jezdec se také může zvednout ze sedla, aby byla jízda hladší, což je z hlediska metabolismu nesmírně náročné.
Níže uvedený graf znázorňuje průměrnou hodnotu souboru dat zaznamenaných u jednoho kola (tj. průměrný posun za jeden okruh na trenažéru) při rychlosti 25 km/h v případě modelu Domane Gen 4 s plášti o šířce 32 mm a v případě modelu Domane Gen 5 s plášti o šířce 35 mm. Směrodatné odchylky mezi jednotlivými okruhy jsou znázorněny světle stínovanými oblastmi kolem křivky. Stínované oblasti pod křivkou jsou vyplněny průhlednou modrou a žlutou barvou, takže zelená barva označuje oblasti, kde se křivky překrývají. Zobrazené trendy platily v případě všech rychlostí, my se však zaměříme na rychlost 25 km/h, protože právě při ní dochází k největšímu posunu kola ve svislém směru v terénu. Vidíme, že rozdíl v „tlumení nerovností rámem“, tedy v posunu středového složení ve svislém směru, činí 0,08 mm, zatímco posun mezi sedlem a křížovou kostí, neboli „spojení“, se liší pouze o 0,11 mm. Jinými slovy, rozdíl v chování kola Gen 5 a kola Gen 4 je nepatrný.

Obrázek 7: Průměrná hodnota posunu středového složení a sedla vůči křížové kosti naměřená pomocí 3D snímání pohybu při jízdě na kole
Závěr
Karbonové silniční kolo Domane Gen 5 je lehčí a jednodušší a díky geometrii a vrstvení karbonových vláken v sedlovce i rámu a také plášťům o šířce 35 mm* je zárukou hladké a efektivní jízdy. U kola Domane Gen 5 jsme rovněž zachovali oblíbenou geometrii i velikost ideální pro vytrvalostní jízdu na silnici, proto je pohodlné, spolehlivé a výkonné. A to jsou vlastnosti, které Domane charakterizují od samého počátku.
*Prostor pro 35mm pláště je součástí standardní výbavy u všech modelů s výjimkou modelu SLR 9 AXS 1x.
Citáty:
1. Drouet J-M, Covill D, Leroux M, Richard S (2022) On metrics to assess road bicycle dynamic
comfort during impacts (O metrikách hodnocení dynamického pohodlí jízdy na silničním kole při nárazech). Sports Eng 25:1. https://doi.org/10.1007/s12283-021-00366-x
2. Test tuhosti při šlapání časopisu 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. Základní informace o kolech Trek CheckOUT: https://www.trekbikes.mom/us/en_US/checkout-full-suspension-science/