Bei einer Sportart, in der oft Sekunden über Sieg oder Niederlage entscheiden, sollten Sportartikelhersteller jeden Einflussfaktor verstehen und optimieren. Eine der größten Herausforderungen für Radfahrer ist der vom Wind verursachte Luftwiderstand; man kann diesen Widerstand durch bessere Fahrräder und eine optimierte Sitzposition des Radfahrers verkleinern. Specialized benötigte daher eine genaue Methode, um die Auswirkungen des Luftwiderstands auf Radfahrer in einer realistischen Umgebung zu testen und zu messen.
Eckdaten
Ein Fahrrad ist kein Auto – diese triviale Aussage hat beim Windkanaltest einige Relevanz. So reicht es nicht, das Sportgerät fest zu verzurren, da der reale Radler immer in Bewegung ist und sich die Strömungsverhältnisse ständig ändern. Der Hersteller Specialized hat daher einen eigenen Windkanal aufgebaut. NI liefert dazu Hard- und Software für Steuerung, Regelung sowie Mess- und Bilddatenerfassung.
Optimieren lässt sich die Körperpositionierung, aber auch Ausrüstung kann der Hersteller aerodynamisch verbessern. Der Körper des Fahrers, sein Fahrrad und die Ausrüstung teilen während der Fahrt die Luft, was einen Druckwiderstand zur Folge hat. Da sich der Luftwiderstand mit der Geschwindigkeit erhöht, bemerken Radfahrer bei höheren Geschwindigkeiten mehr Widerstand und müssen mehr Leistung aufbringen, um die ihnen entgegenwirkenden Kräfte zu überwinden. Zwischen 70 und 90 % der vom Radfahrer aufgebrachten Leistung ist nötig, um den Luftwiderstand zu überwinden. Somit trägt die Verringerung des Widerstands dazu bei, dass Radfahrer maximale Effizienz und Geschwindigkeit erreichen können.
Im Windkanal
Windkanaltests sind die wichtigste Methode von Fahrradherstellern, um ihre Ausrüstung zu optimieren. Bisher gab es keine speziell für Tests von Fahrrädern entwickelten Windkanäle. Die Sportartikelhersteller nutzten lediglich Anlagen anderer Unternehmen, die dafür nicht optimal geeignet waren. Diese Einrichtungen mussten sie mit viel Zeitaufwand und unter erheblichen Umständen ihren Bedürfnissen anpassen. Specialized errichtete daher selbst einen Windkanal, um den gesamten Ablauf der Aerodynamiktests in seiner Einrichtung im kalifornischen Morgan Hill zu vereinen.
Specialized entwickelt und testet nun in beständiger Wechselwirkung alle Fahrräder und die gesamte Ausrüstung und unterstützt ein Team von Profiradsportlern bei der Evaluierung und Optimierung ihrer Fahrpositionen. Fahrrad und Fahrer sind unter realen Bedingungen fast nie stabil und beeinflussen sich fortwährend gegenseitig. Fahrräder auf diese realistische, dynamische Art zu testen, statt sie wie traditionell üblich fest mit dem Kanal zu verankern, wird zu neuen Erkenntnissen führen, die sonst nicht erlangt worden wären.
Ingenieure überwachen die Daten der Windkanaltests dezentral auf einem iPad mithilfe der mobilen App Data Dashboard for Labview.National Instruments
Die passenden Tools
Specialized nutzt die Systemdesignsoftware NI Labview, die Hardware NI PXI, das NI Vision Development Module und einsatzfertige Standardkomponenten, um ein maßgeschneidertes Mess-, Steuer- und Regelsystem zu entwickeln. Labview stellt eine Schnittstelle zu den Sensoren her, die sich am Fahrrad sowie am Radfahrer im Windkanal befinden. Ingenieure überwachen derweil die Daten dezentral auf einem iPad mithilfe der mobilen App Data Dashboard for Labview. Des Weiteren erfassen handelsübliche Standardkameras visuelle Echtzeitdaten, die sich über das Vision Development Module einfach ins System integrieren lassen.
Die Flexibilität des NI-PXI-Chassis erlaubt es Specialized, zusätzliche Tests mit neuen Sensoren und Controllern in relativ kurzer Zeit zu entwerfen. Das ist von besonderer Bedeutung, da sich Testanforderungen häufig ändern. So führt der Hersteller zum einen Forschungs- und Entwicklungstests an der Ausrüstung durch und zum anderen finden Leistungstests mit Profisportlern statt. Durch das PXI-Chassis können Anwender die Hardware mühelos austauschen.
Schneller am Ziel
Specialized entwickelte das gesamt Mess-, Steuer- und Regelsystem in nur wenigen Monaten und konnte jedes Element des Systems nahtlos integrieren. Diese Integration stellt den größten Vorteil des Systemdesigns dar. Labview bot eine in sich geschlossene Softwarearchitektur für die besonderen Herausforderungen von Steuerung, Regelung sowie Mess- und Bilddatenerfassung. Der Einsatz einer einzigen Softwarelösung, die eng in die rekonfigurierbare Hardware eingebunden ist, vereinfacht auch die Wartung und Unterstützung des Systems.
Zitat
„Die Entscheidung für eine Zusammenarbeit mit NI an diesem sportspezifischen Windkanal fiel deswegen, weil so die Möglichkeit bestand, eine Vielzahl von I/Os und modernen Messgeräten zu integrieren, kleine Variablen anzupassen sowie die Tests problemlos zu ändern. Auch die Zeit, die nötig war, um dieses einzigartige System unter Berücksichtigung unserer speziellen Messanforderungen zu entwickeln, war ausschlaggebend.“ Chris Yu, Specialized Bicycle Components.
Dr. Chris Yu
(lei)
