Mess-, Steuer- und Regelsystem im Windkanal für Fahrräder

Im Spitzensport zählt jede Sekunde. Deshalb hat sich ein Fahrrad- und Ausrüstungshersteller einen eigenen Windkanal gebaut: Er optimiert seine Räder jetzt nach aerodynamischen Gesichtspunkten, berät die Sportler aber auch bezüglich ihrer Sitzposition. Um hier neue Erkenntnisse zu gewinnen, setzt das Unternehmen auf Hard- und Software für die Steuerung und Regelung sowie eine Mess- und Bilddatenerfassung.

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 eine effektive Körperpositionierung und aerodynamisch optimierte Ausrüstung dazu bei, dass Radfahrer kraftsparender und schneller fahren. 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 messen.

Aerodynamiktests im eigenen Windkanal
Windkanaltests sind die wichtigste Methode von Fahrradherstellern, um ihre Ausrüstung optimieren zu können. Bisher hatten die Hersteller jedoch keine speziell für Fahrräder entwickelten Windkanäle zur Verfügung und nutzen Anlagen anderer Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt sowie aus der Automobilbranche, die dafür nicht optimal geeignet waren. Diese Einrichtungen konnten nur mit viel Zeitaufwand und unter erheblichen Umständen von Fahrradherstellern genutzt werden. Aus diesem Grund errichtete Specialized in Morgan Hill, Kalifornien (USA) einen eigenen Windkanal, um alle Aspekte des Ablaufs der Aerodynamiktests 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.

Entwurf neuer Tests in kurzer Zeit
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 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 Integration stellt zudem den größten Vorteil des Systemdesignansatzes dar. LabView bietet 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. Chris Yu von Specialized berichtet: „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 System unter Berücksichtigung unserer speziellen Messanforderungen zu entwickeln, war ausschlaggebend."


 

Kontaktieren

National Instruments Germany GmbH
Ganghoferstr. 70 b
80339 München
Germany
Telefon: +49 89 7413130
Telefax: +49 89 7146035

Jetzt registrieren!

Die neusten Informationen direkt per Newsletter.

To prevent automated spam submissions leave this field empty.