Alle blogposten die te maken hebben met technologie

Aerobars gebruiken of juist niet?

Door thomasie op zaterdag 6 december 2014 17:00 - Reacties (9)
Categorie: Technologie, Views: 2.786

http://i.imgur.com/Kp1UHZe.png

In het wielrennen is het verhaal van de tour overwinning van Greg Lemond in 1989 een bekend verhaal: de laatste etappe was een individuele tijdrit en Lemond stond 50 seconden achter op Fignon. Tijdens deze tijdrit introduceerde Lemond een nieuw fenomeen in het wegwielrennen, namelijk de aerobar. Onder andere hierdoor won hij de tijdrit met een verschil van 58 seconden op Fignon en won daarmee dus ook de tour op 8 seconden, de kleinste marge ooit.

Aerobars, of soms ook wel ligsturen genoemd, zijn speciale (opzet)sturen die er gemaakt voor zijn om de fietser aerodynamischer te maken. Dit wordt primair gedaan doordat de sturen heel smal zijn waardoor ze het frontale oppervlakte van de fiets en en fietser verkleinen. Hierdoor wordt de luchtweerstand verlaagd en kan de fietsen harder rijden met dezelfde hoeveelheid energie.


Voor en nadelen
Klinkt prachtig toch? Waarom gebruikt dan niet iedereen dit soort sturen? Er zitten helaas ook wat nadelen aan deze sturen. Ten eerste zijn ze verboden door de UCI tijdens wegwedstrijden waar je mag draften, want je hebt veel minder controle over je fiets. Verder is het klimmen in aerobars niet prettig. Tijdens klimmen is de snelheid zo laag dat aerodynamica een veel kleinere impact heeft, dus je wilt vooral zorgen dat je zoveel kracht kan leveren en dat je een zo'n groot mogelijke longinhoud hebt. Dit bereik je het beste door recht op je fiets te zitten, dan zijn aerobars dus zeker niet ideaal.

Dit laatste probleem is op te lossen door een aerobars als opzetstuur te gebruiken, dan heb je zowel je normale stuur als de aerobars. Dit is dan ook de oplossing die door veel lange afstandsfietsers wordt gebruikt, maar ideaal is het zeker ook niet. Want zo'n opzetstuur is natuurlijk niet gewichtsloos, mijn set van BBB is ongeveer 504 gram, en dat moet tijdens het klimmen allemaal mee naar boven.

De organisator van de TCR heeft tijdens de presentatie van de route gezegd dat hij het een goed idee vind om bergen te blijven toevoegen totdat alle aerobars zijn verdwenen (bron).


Dus aerobars gebruiken of juist niet?
Gelukkig valt dit redelijk makkelijk te bereken. Ten eerste weten we de formule hoeveel kracht er nodig is om vooruit te komen tijdens het fietsen:

P = kr*M*s + ka*A*s*v2*d + g*i*M*s

Symbolen zullen wel niet kloppen, maar heel wetenschappelijk is het sowieso niet.
kr: rolweerstandcoŽfficiŽnt = 0.005 voor gemiddelde buitenbanden (bron)
M: mass van de gehele fiets (dus inclusief berijder)
s: snelheid ten opzichte van de weg in m/s
ka: luchtweerstand coŽfficiŽnt = 0.5
A: het frontale oppervlakte van de rijder en de fiets = 0.6 m2
v: snelheid ten opzichte van de lucht in m/s
d: de dichtheid van de lucht in kg/m3 = 1.226kg/m3 op ongeveer zeeniveau
g: versnelling = 9.81 m/s3 op zeeniveau
i: stijgingspercentage van de weg


Verder heeft het fietsmerk Specialized testen gedaan naar hoeveel aerobars echt helpen. Zij kwamen uit ongeveer 1 minuut en 28 seconden besparing op een stuk van 40km horizontale weg als je er normaal 1 uur over zou doen.
Dat kan je omzetten naar een de procentuele verlaging van ka*A , als je kr*M*s constant veronderstelt, door 1-([snelheid zonder aerobars]/[snelheid met aerobars])3. Dan kom je dus uit op 1-(40/41)3=0.07. Dus het product van ka en A is 7% lager.
Dus dan kan je berekenen hoeveel tijd je bespaard, of extra kwijt bent, op een bepaalt stuk weg als je weet hoeveel kracht de fietser op de bepalen uitoefent, wat het stijgingspercentage is, wat het gewicht van de fiets en fietser zonder aerobars is en wat het gewicht van de aerobars is.
Als dan het route bestand hebt dan kan je berekenen d.m.v. wat software bereken hoeveel tijd je bespaard

Python to the rescue
Nu schrijf ik geen geweldige software, maar een beetje aankloten met python kan gelukkig iedereen leren. Dus dat heb ik ook gebruikt voor dit projectje.
Het programma is op hier op github te vinden, ik heb het maar niet in de blog post gezet omdat het toch wat langer is geworden dan ik had gehoopt.

Het kan eigenlijk drie dingen:
  1. berekenen of je tijd bespaard met je aerobars
  2. in een grafiek laten zien bij hoeveel kracht je wel profijt hebt van aerobars
  3. een histogram maken van de stijgingspercentages
2 en 3 waren niet echt nuttig, maar wel leuk :+

Ik heb verder ook nog wat aannames gemaakt:
  1. als de weg met meer dan 3 procent stijgt dan worden de aerobars niet meer gebruikt
  2. als de weg met meer dan 4 procent daalt dan worden de aerobars niet meer gebruikt (je hebt immers geen remmen meer in de buurt)
  3. de aerbars worden verder altijd gebruikt
  4. het extra gewicht is geen voordeel bij naar beneden gaan
Natuurlijk klopt het niet dat je op het ongeveer vlakke de aerobars de hele tijd gebruikt, toch neem ik dit wel aan. Dit doe ik niet alleen omdat het je streven zou moeten zijn, maar vooral omdat het verder heel persoonlijk is en ik geen zin had om het nog een optie toe te voegen aan het programma.

Mijn route naar Istanbul is nog lang niet gemaakt (ik weet zelfs nog niet waar er begonnen wordt), maar ik heb voor dit doel een hele ruwe draft opgezet. Die staat ook in de github repo.

Resultaat
Leuk en aardig dit allemaal, maar geven aerobars nu wel of niet een tijdswinst? Het antwoord is ja! Met de route die in de repo een tijdwinst van ruim 1% als ik mijn gegevens invoer (power van 145W, aerobars van 500g en fiets en rijder en bagage van 78kg en die 7% van Specialized), en dat is denk ik een significante uitkomst. Natuurlijk wordt die minder als er je de aerobars minder gebruikt. Maar ook als de helft van de tijd ze gebruikt dan heb je nog een besparing (al is die een stuk minder).

Conclusie
Aerobars ga ik zeker gebruiken, maar niet alleen vanwege de tijdswinst, eigenlijk meer vanwege de extra hand positie en opbergruimte.
14 Dagen op de fiets is lang, en niet alleen voor de benen, maar ook heel erg voor de rest van je lichaam. Volgens sommige mensen - ik heb geen wetenschappelijke artikelen hierover gevonden helaas - gebruik je door de net wat andere positie van aerobars ook andere beenspieren en dat is prettig als je vermoeid raakt. Ook halen aerobars de druk van je polsen af en kan je er prachtig een droogzak onder hangen voor kleren en dergelijke, en die hangt dan ook weer aerodynamischer.

Andere functies van het programma
Eerder in de blog zei ik dat het programma nog twee andere dingen kon. Die histogram lijkt op een normaal verdeling, maar is dat niet, en is symmetrisch ten opzichte van 0%. Wat nuttiger is om de tekstoutput te lezen, maar daar schrijf ik nog wel meer over tijdens de posts over de routes.
Functie 2 is leuk om een beetje mee te spelen, maar voor de rest compleet nutteloos.