Smal eller bred? Högtryck eller lågtryck? Badkar eller clinchers? Vi undersöker komplikationerna när det gäller val av däck
Följer vårt test: Är bredare däck verkligen snabbare? Vi beslutade att fortsätta vår undersökning av komplikationerna med val av däck.
Ett av de största sprången någonsin inom cykelteknik kom från en osannolik källa: en skotsk veterinär vid namn John Boyd Dunlop. År 1888, i en betydande avvikelse från sitt dagliga arbete, skapade Dunlop det första pneumatiska däcket i ett försök att befria sin son från huvudvärken och obehaget som hade besvärat pojken när han cyklade sin trehjuling med solid däck runt Belfasts gropiga kullerstenar.
Snabbspolning framåt till idag och grundkonceptet har inte förändrats – en tät luftkammare ger ett lager av dämpning mellan föraren och vägen – men det betyder inte att alla däck är lika. Vissa däck är snabbare än andra, men det krävs lite förståelse för däckteknik innan du kan hitta det bästa för dig.
motstå en vila
'Medan en cyklist cyklar måste en cyklist möta olika typer av motstånd: luftmotstånd, vikt (om man accelererar eller bromsar) och däckets rullmotstånd, vilket är energiförlusten på grund av att däcket rullar framåt,' säger Michelins vägdäcksutvecklare, Nicolas Cret. Vi mäter rullmotstånd med fasta parametrar som reglerat tryck, konstant hastighet, belastning och temperatur. Mätmaskinen är vanligtvis sammansatt av en trumma, som måste vara så stor som möjligt för att simulera plan mark. Däcket roteras med en given hastighet/belastning/tryck under ett uppvärmningspass, och sedan stoppar vi trumkraften och mäter sträckan tills däcket slutar rulla. Ju längre avstånd, desto lägre är rullmotståndet.’
I grundläggande termer är alltså rullmotstånd den kraft som verkar mot rörelsen framåt av ett däck som rullar på en yta. I praktiska termer, tillsammans med faktorer som luftmotstånd, betyder denna resistiva kraft att när du frihjular på en plan yta kommer du så småningom att stanna. Men eftersom energi varken kan skapas eller förstöras, bara förändras, var har energin som drev oss framåt tagit vägen?
‘Rullmotstånd i däck är energi som går åt för att övervinna däckdeformation, säger Wolf VormWalde, däckproduktchef på Specialized. "När ett däck är under belastning deformeras det, och för att deformera ett material krävs kraft. När däcket rullar pågår deformationen när däckets slitbana och sidovägg går genom kontaktytan [där däcket möter vägytan] när hjulet roterar. Däcket blir därför stressat och deformerat när det går in i kontaktlappen och slappnar av när det går ut ur kontaktlappen. Men till skillnad från en perfekt fjäder ger inte däcket tillbaka energin som lagts ner i det när det deformeras.’
Observera vad som händer med en stationär cykels däck under en förares vikt och du kommer att förstå vad VormWalde betyder. Ett däck under belastning av en ryttare kommer att bukta ut vid sidoväggarna och slitbanan kommer att plattas till för att anpassa sig till formen på ytan under det. När cykeln är i rörelse och däcket roterar, sker denna process om och om igen vid den punkt där däcket möter vägytan. I en ideal värld skulle däcket "ge hur bra som helst", och studsa tillbaka från vägbanan med lika mycket kraft som gick in för att klämma det på vägbanan i första hand, och därför skulle energin som lagts ner i rörelse framåt bli konserverad. Tyvärr är gummiblandningar i däck "viskoelastiska", vilket innebär att när de deformeras under belastning omarrangeras molekylerna i blandningens polymerkedjor och på så sätt gnider de mot var och en. Denna inre friktion skapar värme, vilket tyvärr är en värdelös biprodukt i jakten på att driva din cykel framåt. Känn bara på ditt bakdäck efter en timme på turbotrainern så får du snart bilden.
Det är denna deformation av däcket som är nyckeln till dess rullmotstånd och därmed dess "hastighet". Det finns olika sätt som du kan påverka hur ett däck deformeras, varav ett är att variera trycket på luften som du pumpar in i det.
Deformation av karaktär
Om ju mer ett däck deformeras, desto mer rullmotstånd har det, så behöver du säkert bara pumpa upp ett däck till högsta möjliga tryck, vilket gör det nästan omöjligt att deformera, och energiförlust genom rullmotstånd kommer att minimeras? Sanningen – som alltid – är lite mer komplicerad.
Christian Wurmbäck, produktchef på Continental, säger: Att öka trycket i ett däck kommer att minska rullmotståndet, men bara upp till en viss punkt. Som ett exempel, om du tar ett 23 mm däck och ökar trycket från 85psi till 115psi får du mindre rullmotstånd. Men om du tar samma däck och ökar trycket från 115psi till 140psi är det praktiskt taget ingen skillnad.’
VormWalde från Specialized håller med: "På en perfekt slät yta är det högre trycket alltid snabbare. Men denna effekt avtar på riktiga vägar, så att vi säger att vid 130psi pumpar du däcket till döds [dvs det kan inte bli mer användbart stel]. Det viktiga att komma ihåg är att förhållandet mellan däcket och vägen är symbiotiskt och att vägarna aldrig är helt jämna.
‘Du vill inte ha däcket så hårt att det inte kan absorbera ytfrekvenserna när du välter över vägen. Det är mer effektivt för däcket att absorbera ojämnheter och stötar än det är att föra dessa amplituder vidare till cykeln och föraren. Att lyfta upp cykeln och föraren kommer alltid att förbruka mer energi än att pressa ner ett däck. Det är en av anledningarna till att du ser cyklocross- och mountainbikecyklister köra så lågt tryck”, tillägger han.
Han har en poäng. För istället för att tillåta en särskilt ojämn sektion att skjuta upp honom i luften, kommer den rutinerade mountainbikeföraren att försöka hålla sin kropp på ett plant plan, med hjälp av sina armar och ben för att absorbera alla stötar som terrängen serverar. I lekmannatermer, om du vill gå horisontellt framåt, slösar du inte bort din energi på att gå vertik alt upp och ner.
Tricket är att räkna ut det bästa däcktrycket för vägen du cyklar på – något som kan kräva lite försök och misstag. Och då måste du fråga dig själv om du har rätt bredd på däcken i första hand.
Den lilla frågan om storlek
På den gamla goda tiden tyckte racers att tunnare däck var bättre, med de flesta proffshjul skodda med allt från ett 21 mm brett däck till ett mycket litet 18 mm däck. Med tiden har ryttare kanske placerat mer lager i komfort och mindre i ojämn hastighet, så att 23 mm däck har blivit standard för landsvägscykel.
Men Schwalbes produktchef Marcus Hachmeyer säger att studier av däckbeteende har avslöjat några ganska överraskande saker: Om du jämför däck med olika bredder men identiska specifikationer - samma blandning, samma rundade profil, samma däcktryck - kan man säga när det gäller rullmotstånd: ju bredare desto snabbare!'
Det här låter kontraintuitivt – trots allt är landsvägscyklar mycket snabbare än touringcyklar eller mountainbikes – men analys av ett däcks kontaktyta har hjälpt designers som Hachmeyer att se förbi den populära uppfattningen att "smalare lika snabbare".
‘Bredare däck är snabbare,’ ekar Wurmbäck på Continental. Ett 24 mm däck rullar snabbare än ett 23 mm, men ett 25 mm däck rullar ännu snabbare än så. Faktum är att vårt GP4000s-däck är cirka 7 % snabbare i en 25 mm än en 23 mm version.’
Anledningen går tillbaka till den här frågan om deformation. Även om både de breda och smala däcken vid samma tryck har samma kontaktyta, kommer den exakta formen på varje kontaktyta att skilja sig åt. I ett smalare däck blir denna lapp tunnare men längre och bildar en smal oval form längs längden av däckets botten, medan för ett bredare däck blir kontaktlappens form mer cirkulär, eftersom däcket plattas mer över dess bredd.. Resultatet är att det tunnare däckets smalare, längre kontaktyta uppmuntrar till mer deformation av däcket – speciellt sidoväggen – än dess bredare motsvarighet. Och som vi redan har hört, ju mer ett däck deformeras desto mer energi förbrukas av att deformera det. Men om så är fallet, borde vi inte alla åka runt på 28 mm?
Rättegången mot
‘Även om ett 28 mm däck kommer att vara snabbare än dess 23 mm-version när det gäller rullmotstånd, kommer vikten på 28 mm att vara högre än 23 mm eftersom en större storlek betyder mer material. Detta kommer sannolikt att skapa en märkbar skillnad när det gäller tröghet, och det kommer att ha en effekt under accelerations- eller retardationsfaser, förklarar Nicolas Cret från Michelin."Aerodynamiska egenskaper kommer också att ändras från ett 23 mm däck till ett 28 mm."
Vad skulle experterna välja om man tryckte på det? "Vi har funnit att 24 mm är den idealiska kompromissen när det gäller rullmotstånd, aerodynamik och vikt", säger Specializeds VormWalde. Men Ken Avery från det italienska gamla gardet Vittoria håller inte med: "Mer [bredd] är inte alltid bättre. Måttlighet är nyckeln. När du väl går över 26 mm börjar de subtila vinsterna i rullmotståndet att försvinna. Formeln kastas bort så att säga. Detta förutsätter också att alla däck har en konsekvent profil, vilket de inte har. Ofta gör slitbanetjockleken [i tvärsnitt] däcket mer spetsigt än runt, så att ett 24 mm däck från en tillverkare kan vara snabbare eller långsammare i ett givet scenario än ett 23 eller 25 mm.’.
För att komplicera saken ytterligare, utöver valen om däcktryck och bredd kommer överväganden om ett däcks smidighet.
Vad ligger under
Om deformation orsakar förlust av energi från värme, kommer ett däck som är smidigare att ta mindre energi att deformeras på ett givet sätt än ett däck vars stomme är styvare. Under gummiblandningen i ett däcks slitbana ligger tusentals tätt vävda fibrer. Beroende på däcket kan denna lagerkropp innehålla så många som 320 trådar per tum (tpi), alla en mycket fin bomull, eller kanske så få som 60, gjorda av en avgjort tjockare nylon. Resultatet, säger tillverkare som Vittoria och Challenge, är att ju högre gängantalet är desto smidigare är däcket, och därmed desto lättare deformeras det och därmed lägre rullmotstånd kommer det att ha.
‘Ju större tpi-tal, desto mer flexibelt är däcket, säger Simona Brauns-Nicol från Challenge. Med tiden har leverantörer levererat högre och högre kvalitet på trådar som har gjort det möjligt för däcktillverkare att gå från en maxväv på 280/300tpi till 320tpi. Ju smidigare och flexiblare höljet är, desto mer komfort och, framför allt, desto mer hållfasthet till vägen, och uppnår därför högst hastighet.” Men i däckvärlden är ingenting enkelt, och fler trådar betyder inte automatiskt ett snabbare däck.
VormWalde på Specialized säger: Ett 60tpi-däck med en bra höljesblandning kan vara lika snabbt som ett 100tpi-däck. Materialet är också viktigt – vissa polybomullshöljen är snabba men det beror inte på trådantalet, det är på grund av lateximpregneringen som gör den väldigt elastisk. Ett högt antal trådar betyder inte nödvändigtvis ett snabbare däck.’
Om smidigare däck innebär bättre rullmotstånd, så bör detsamma sägas för innerslangar. "En ännu mer smidig och punkteringsbeständig åktur kan uppnås genom att använda ett latexrör istället för ett butylinnerslang", säger Simona Brauns-Nicol på Challenge. "Vår kan blåsas upp till cirka 300 gånger sin ursprungliga volym. Latex är starkt och elastiskt på samma gång och punkterar inte lika lätt, eftersom elasticiteten gör att ett latexrör tenderar att gå runt främmande föremål.’
Latex är förutom att vara ett naturligt mer smidigt material också lättare – så det kommer att överträffa butylrör när det gäller rullmotstånd. Men denna smidighet kostar pengar: latex är mer poröst än butyl, vilket innebär att luft kommer att läcka ut märkbart under dagarna.
Folk som Specialized och Challenge skulle sannolikt kunna fortsätta bråka om latexslangar, gängantal och höljen i flera dagar (det är ingen överraskning att Challenge är stolt över att tillverka däck med ett trådantal så högt som 320tpi, medan Specialized verkar nöjd med att producera maxim alt 220tpi), men deras motsatta synpunkter belyser själva kärnan i denna "snabba däck"-fråga: det finns inga definitiva svar. Visst, det finns grundläggande parametrar – storlek, tryck, smidighet – men sådant är så oupplösligt kopplat till både varandra och frågor om rullmotstånd, aerodynamik och tröghet att det är meningslöst att fokusera på bara en aspekt på bekostnad av de andra.
Som Cret på Michelin uttrycker det, Att designa ett däck bör ses som ett försök att förbättra många motstridiga prestandaområden samtidigt. Ett däck är alltid en kompromiss av prestanda. Vad är ett snabbt däck? Tja, det beror på vad du menar med snabbt.’
Och till sist…att bada eller inte bada?
I åratal har tubulars utsetts som det bästa däcket en seriös förare kan få, med supportrar som hävdar att den enda anledningen till att inte köra dem dagligen beror på besväret och kostnaden för punktering. Det finns dock ett par företag där ute som är villiga att störa just denna applecart.
'Clinchers är snabbare än tubulars,' förklarar Specializeds Wolf VormWalde. Detta beror på att hälften av den effektiva luftkammaren är kanten. Fälgens sidoväggar deformeras inte vid rullning och förbrukar därför ingen energi. Du trodde att vi pressade Tony Martin att använda clinchers av kommersiella skäl, eller hur? Nej! De är helt enkelt snabbare.’
Det här att flyga inför konventionell visdom är inte bara från en man (om än en i centrum för ett ganska stort cykelföretag), utan snarare en känsla som delas av däckjätterna Schwalbe och Continental också. Men om så är fallet, varför rider inte proffsen clinchers? Nåväl, säger Continentals Christian Wurmbäck, det är en no-brainer.
‘Ett rörformigt hjulset är lätt, men, viktigare för proffscyklister, ger det körförmåga. I händelse av en höghastighetsplatta stannar ett rör på fälgen på grund av limmet, till skillnad från en clincher, som har en tendens att falla av, vilket leder till en mycket otäck olycka.’
