Tunnelblick: Specialized befasst sich eingehend mit der Wissenschaft der Geschwindigkeit im Radsport

"Die Entscheidung für eine Zusammenarbeit mit NI an diesem sportspezifischen Windkanal fiel deswegen, weil so die Möglichkeit bestand, eine Vielzahl von I/O 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

Die Aufgabe:

Bei einer Sportart, in der oft Sekunden über Sieg oder Niederlage entscheiden, sollte jeder Faktor, der sich auf den Körper des Radfahrers sowie auf das Fahrrad auswirkt, verstanden und optimiert werden. Eine der größten Herausforderungen für Radfahrer ist der vom Wind verursachte Luftwiderstand. Um diesen Luftwiderstand durch bessere Fahrräder und Wissen über die optimale Sitzposition des Radfahrers zu verringern, benötigte Specialized eine genaue Methode, um die Auswirkungen des Luftwiderstands auf Radfahrer in einer realen Umgebung zu testen und zu messen.

Die Lösung:

Statt sich auf Daten zu berufen, die in den Windkanälen anderer Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt sowie aus der Automobilbranche und nicht für Radfahrer gesammelt wurden, wurde Specialized zum weltweit ersten Fahrrad- und Ausrüstungshersteller, der einen sportspezifischen Windkanal in seiner Einrichtung in Morgan Hill, Kalifornien errichtete.

 

Bei einer Sportart, in der oft Sekunden über Sieg oder Niederlage entscheiden, sollte jeder Faktor, der sich auf den Körper des Radfahrers sowie auf das Fahrrad auswirkt, verstanden und optimiert werden. Der durch Wind verursachte Luftwiderstand ist eine der größten Herausforderungen für Radfahrer. Mit zunehmender Geschwindigkeit forcieren der Körper, das Fahrrad und die Ausrüstung des Radfahrers eine Teilung der Luft, die einen sogenannten 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. Radfahrer setzen zwischen 70 und 90 Prozent der von ihnen aufgebrachten Leistung ausschließlich zur Überwindung des Luftwiderstands ein. Somit trägt die Verringerung des Widerstands durch effektive Körperpositionierung und aerodynamisch optimierte Ausrüstung dazu bei, dass Radfahrer maximale Effizienz und Geschwindigkeit erreichen können. Um den Widerstand durch bessere Fahrradprodukte und Wissen über die Verbesserung der Sitzposition des Radfahrers zu verringern, benötigte Specialized eine genaue Methode, die Auswirkungen des Luftwiderstands auf Radfahrer in einer realen Umgebung zu testen und zu messen.

 

Windkanaltests sind die wichtigste Methode von Fahrradherstellern, um ihre Ausrüstung optimieren zu können. Bisher hatten die Hersteller keine speziell für Tests von Fahrrädern entwickelte Windkanäle und nutzen lediglich Anlagen anderer Unternehmen, die dafür nicht optimal geeignet waren. Diese Einrichtungen konnten nur mit viel Zeitaufwand und unter erheblichen Umständen von Fahrradherstellern genutzt werden. Specialized errichtete folglich selbst einen Windkanal, um alle Aspekte des Ablaufs der Aerodynamiktests in seiner Einrichtung in Morgan Hill, Kalifornien zu vereinen. Specialized entwickelt und testet nun in beständiger Wechselwirkung alle Fahrräder und die gesamtes Ausrüstung und unterstützt sein 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 fest mit dem Kanal zu verankern, wie eigentlich bei Tests üblich, wird zu neuen Erkenntnissen führen, die sonst nicht erlangt worden wären.

 


 

 

 

Die Technologie

Specialized setzte die Systemdesignsoftware NI LabVIEW, die Hardware NI PXI, das NI Vision Development Module und einsatzfertige Standardkomponenten ein, um ein maßgeschneidertes Mess-, Steuer- und Regelsystem zu entwickeln. Über LabVIEW ist es Specialized möglich, eine Schnittstelle zu den Sensoren herzustellen, die sich am Fahrrad sowie am Radfahrer im Windkanal befinden. Ingenieure überwachen derweil die Daten dezentral mit einem iPad mithilfe der mobilen App Data Dashboard for LabVIEW. Des Weiteren erfassen die handelsüblichen 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 werden zum einen Forschungs- und Entwicklungstests an der Ausrüstung durchgeführt und zum anderen finden Leistungstests mit Profisportlern statt. Durch das NI-PXI-Chassis können Anwender die Hardware mühelos austauschen.

 

 

 

Specialized entwickelte das gesamt Mess-, Steuer- und Regelsystem in nur wenigen Monaten. Dabei konnte jedes Element des Systems nahtlos integriert werden, wodurch sich die Markteinführungszeit optimieren ließ. Diese nahtlose Integration stellt zudem den größten Vorteil des Systemdesignansatzes 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.

 

Informationen zum Autor:

Chris Yu
Specialized Bicycle Components

Abb. 1: Der weltweit erste Windkanal speziell für Fahrräder, gebaut von Specialized in seiner Einrichtung in Morgan Hill, Kalifornien
Abb. 2: Ingenieure überwachen die Daten dezentral mit einem iPad mithilfe der mobilen App Data Dashboard for LabVIEW.
Abb. 3: Der in einem Teil eines Lagerhauses untergebrachte Kanal ist gut 30 m lang und verfügt über eine Prüfkammer von gut 9 m Länge, knapp 5 m Breite und ca. 3 m Höhe.
Abb. 4: Specialized entwickelte das gesamte Mess-, Steuer- und Regelsystem in nur wenigen Monaten und konnte zudem jedes Element des Systems nahtlos integrieren
Abb. 5: Specialized setzte die Systemdesignsoftware NI LabVIEW, die Hardware NI PXI, das NI Vision Development Module und einsatzfertige Standardkomponenten ein, um ein maßgeschneidertes Mess-, Steuer- und Regelsystem zu entwickeln.