Styvhet i en landsvägscykel är avgörande, men den måste också balanseras mot komfort, vikt och kostnad. Vi undersöker hur
Sök på internet med termen "styvhet" och du kommer inte långt innan du ser annonser som säljer läkemedelslösningar för herrars problem. Cyklar och sovrum, verkar det som, delar en orubblig paranoia om slappa prestanda, vilket förklarar varför marknadsföringsbulvan som följer med varje ny cykel alltid är full av påståenden om hur ramen nu är superstyv, samt att den är lättare och bekvämare. Men åtminstone i teorin är de tre egenskaperna i konflikt, och cykeldesigners försöker ständigt hitta sweetspot mellan dem genom att mixtra med rördimensioner och materialvetenskap.
Pedal till kolet
När ingenjörer pratar om ramstyvhet, tar de verkligen upp två olika områden av en cykels prestanda. Den första hänför sig till att ha tillräcklig styvhet i sidled för att tillåta en förares pedalingång att överföras så effektivt som möjligt till vägen. Den andra gäller förutsägbarheten och stabiliteten i en cykels hantering.
När det gäller styvhet i sidled, varje gång din fot trampar på pedalen skapar du avsevärda laterala (sida-till-sida) påfrestningar tillsammans med vridkrafter (vridande) som kombineras för att lyfta den nedre delen av ramen ut av anpassning. Varje millimeter av ramrörelse absorberar värdefull energi som kan kanaliseras till vägen, så minimering av denna flex maximerar effektivt trampeffektiviteten, därav det obevekliga fokuset på ramarnas styvhet.
'Hur du får energin du lägger genom vevarna till bakhjulet handlar egentligen om vevfästet, kedjestag, utfällningar och hjulstyvhet, säger Gerard Vroomen, medgrundare av Open bicycles och tidigare med- ägare till Cervélo. Denna utmaning kompliceras av en cykels enkelsidiga drivlina, som skapar en ojämn belastning på cykelns bakre del. Behovet av att stå emot de större krafterna på höger sida av ramen är anledningen till att många cyklar väljer en asymmetrisk design av kedjestag och sätesrör.
Men som Ben Coates, Treks vägproduktdirektör, påminner oss om att det du gör med ett område på en cykel direkt påverkar ett annat: Du kan öka styvheten vid vevfästet, till exempel genom att lägga till laminat till undersidan av huvudröret, men varje bit laminat påverkar hela cykeln. Du riskerar negativa effekter om du inte förstår hur att lägga till eller slipa material påverkar de andra delarna av cykeln.
‘Vi kan göra cyklar styvare än vad även de största och mest krävande förarna i världen vill, men att bara göra den styvare, eller lättare för den delen, är inte nödvändigtvis ett recept på en bättre cykel. Samtalet måste börja med hur du vill att cykeln ska cykla, inte var du vill att den ska vara stel.’
Teknisk styvhet
Hur stelar designers en ram på precis rätt ställen? Svaret ligger i diametern på rörens tvärsnitt, såväl som deras längd och, i fallet med kolfibercyklar, de flera lagren av kolfiber
används i deras konstruktion.
‘Ju större ett rörs diameter, desto styvare kommer det att bli, säger Adam Wais, VD och grundare av den handgjorda cykeltillverkaren Rolo. "Och det är innan du ens börjar titta på material."
Detta förklarar tendensen i cykeldesign mot överdimensionerade dunrör, vevstångskopplingar och kedjestag. Framstegen inom kolfiber har gjort det möjligt för tillverkare att minska tjockleken på rörväggarna, vilket ger dem friheten att skapa gigantiska rör utan att lägga till vikt.
Så om enorma dunrör och bottenfästen används för att kanalisera varje watt förares kraft till vägen, varför inte följa samma filosofi på toppröret och huvudröret för att motstå kurvor och säkerställa precisionsstyrning?
När du lutar en cykel in i ett hörn, konvergerar tre stora krafter: gravitationen, som drar vertik alt nedåt; kinetisk energi, som håller dig framåt, och centripetalkraft, som trycker dig utåt – till vänster när du svänger höger och vice versa. Om ramen är för flexibel kan dessa krafter trycka hjulen och huvudröret ur linje, vilket leder till oprecis styrning.
‘Du behöver hjulen för att spåra, och ju bättre de spårar fram och bak, desto mer förutsägbara är de genom ett hörn, säger Thomas McDaniel, produktchef på BMC. Säg att du går igenom ett hörn du har åkt tusen gånger, så att du är självsäker och har mycket fart, men en dag hittar du en massiv sten mitt på linjen du alltid tar. Hur väl kan cykeln acceptera ditt behov av att göra en förändring mitt i ett hörn? Det är där frontstyvhet spelar in.’
Det visar sig att om en cykel är för styv framtill blir den svår att luta, vilket skapar en annan typ av hanteringsproblem. Chris D’Aluisio, kreativ chef på Specialized, tar upp historien genom att minnas ögonblicket när företagets Tarmac SL4 ersatte SL3. Tidigare, när Specialized utvecklade en ny cykel, använde den ramstorleken på 56 cm som riktmärke för en ny uppsättning mål, inklusive styvhet. När målen väl träffades skulle ramen skalas, med lite mindre rör för de mindre ramarna och större rör för de större ramarna.
‘Med SL4 gjorde vi 56:an styvare och lättare, och längre förare – storlek 56 och uppåt – sa, "Wow! Det är så mycket bättre." Men i min storlek, 52, åkte det sämre, säger D’Aluisio med uppfriskande uppriktighet. "Det var för hårt, inte bara vertik alt utan också när du lutade dig in i ett hörn. Den hade för mycket styvhet framtill, och den tillät inte att cykeln i mindre storlekar var följsam över vägens mitthörn, så det skulle få fronten att tjattra, särskilt över en ojämn vägyta, vilket kan vara irriterande.’
Det visade sig att justeringarna som gjordes för att skala cykeln inte hade gått långt nog, och att mindre ramar, med rör med liknande tvärsnitt och kolfiberuppläggning till 56 cm, var otroligt styva eftersom de rören var kortare.
‘De små cyklarna var proportionellt mycket styvare än de större cyklarna, vilket är helt tvärtemot vad föraren behöver, säger D’Aluisio. Den längre föraren, med en längre sadelstolpe och högre tyngdpunkt, kräver att cykeln gör mycket mer arbete. När du ber cykeln att flytta från höger till vänster i en manöver, gör den cykeln allt arbete för att flytta den förarens vikt från ena sidan till den andra och fånga den föraren från att falla. Vi måste återfå greppet när ryttaren vänder.’
Som ett resultat beslutade Specialized att det behövde behandla varje olika ramstorlek som om det vore ett eget separat anpassat projekt, en process som den kallar Rider First Engineering.
Detta hjälper till att förklara varför ingenjörer inte bara gör hela cykeln så styv som möjligt, utan det finns en annan anledning också: komfort, även känd som compliance, vilket är ramens förmåga att klara av brister i vägen ytan och absorberar vibrationer från asf alten.
Efter att ha skapat Cervélo R3, en cykel som njöt av pallplatser över de brutala kullerstenarna i Paris-Roubaix under sju år i rad, vet Vroomen vad som krävs för en cykel som kan leverera kraft till bakhjulet samtidigt som den skyddar föraren från de allra värsta ytor.
‘Helst vill du ha så lite vertikal styvhet som möjligt så att du får lite komfort och följsamhet, säger han. Men röret du förstorar för att få styvhet i vridningen blir också större vertik alt och styvare vertik alt, och det är inte lätt att koppla bort dessa två faktorer. I den meningen kommer det alltid att vara en kompromiss – den mest bekväma cykeln kommer att vara okörbar eftersom den är så flexibel i alla riktningar, och den styvare möjliga cykeln kommer också att vara okörbar eftersom den är benstörande styv, vilket inte bara är obekvämt utan också långsammare. Du behöver någon form av efterlevnad för att ta bort ojämnheten på vägen.’
Däck gör mycket av detta arbete, men designers introducerar också en viss flexibilitet i ramen, särskilt i sadelröret och via mycket tunna eller tillplattade sätesstag, som ett sätt att skingra vägstötarna som reser upp genom den bakre delen. av cykeln till föraren.
Det utan tvekan bästa exemplet på hur vertikal följsamhet kan skiljas från bottenfästet och huvudrörets styvhet är Trek Domane, den racertrimmade cykeln som bar Fabian Cancellara till det översta steget på prispallen vid Tour of Flanders och Paris-Roubaix. Domanens sadelrör är "frikopplat" från toppröret, vilket gör att sadelröret kan böjas nästan oberoende av ramen utan att offra styvheten. Den nya IsoSpeed-frikopplaren i den senaste Domane SLR har till och med "tuneable compliance", så att föraren kan anpassa styvhetsnivån.
‘Domane-avstämningsområdet börjar på ungefär samma nivå av vertikal följsamhet som Madone [Treks aero race-rigg] och går upp till 35 % mer kompatibel utan att påverka trampstyvheten, säger Coates.
Framtidens ramar
Den obevekliga jakten på styvare, lättare, bekvämare bågar visar inga tecken på att avta, med tillverkare på ett ständigt sökande efter att utforska nya material och teknik. Det brittiska cykelmärket Dassi, till exempel, undersöker möjligheterna med grafen, det underverk som har enastående potential om tillverkare kan hitta sätt att utnyttja dess kapacitet.
‘Graphene uppvisar egenskaper som vida överstiger traditionella kol som är upplagda i en cykelram, säger Stuart Abbott, en före detta flygdesigningenjör som startade Dassi för sex år sedan. Det finns en mystisk möjlighet att skapa en ram som kan väga så lite som 300 g, eftersom grafen är så mycket lättare och så mycket starkare att du har möjlighet att ersätta områden med kol som kan vara 2 mm eller 3 mm tjocka på vissa ställen på ram – särskilt runt vevfästet – med något som är 100 gånger lättare och en tusendel av tjockleken.'
För närvarande är dock en snabb verklighetskontroll på sin plats för alla som är på väg att köpa en ny cykel. Cykling är inte som Formel 1, där den bästa bilen alltid vinner, allt utom oavsett förare. Många av årets stora lopp – inklusive Paris-Roubaix, Flandernrundan, Milano-San Remo, Paris-Nice och Tour of Romandie – har vunnits av ryttare på olika cyklar. Med andra ord handlar ultimat prestanda om föraren, inte cykeln, och det finns ingen objektiv "rätt" styvhetsnivå i en ram, bara den nivå som är rätt för dig.
Top 10 styvare cyklar
Hur mäter du en cykels styvhet? Tyvärr har vi inget labb för att göra flextesterna, men vi vet ett ställe som gör det. Våra vänner på den tyska cykeltidningen Tour är kända för sitt vetenskapliga förhållningssätt till cykeltestning, vilket inkluderar att utsätta varje kal ram för ett rigoröst batteri av bänktester för att fastställa styvhetsvärden.
En ekvation baserad på styvhetspoängen som ramen uppnår vid huvudröret (mätt i Nm/°), dividerat med ramens totala massa (i kg), ger ett styvhet-till-vikt-index som ger Tour dess leaderboard för de styvare ramarna…
| Cykel | Date | Styvhet-till-vikt |
| 1. Cervelo Rca | januari 2015 | 142Nm/°/kg |
| 2. Specialized Tarmac SL4 | dec 2011 | 141,2Nm/°/kg |
| 3. Cannondale SuperSix Evo Ultimate | sep 2011 | 139,2Nm/°/kg |
| 4. Canyon Ultimate CF SLX | januari 2016 | 131,5Nm/°/kg |
| 5. Trek Emonda | dec 2014 | 131,3Nm/°/kg |
| 6. Fokus Izalco Max | jul 2013 | 127,1Nm/°/kg |
| 7. Filt F1 | dec 2011 | 125,3Nm/°/kg |
| 8. AX Lightness Vial Evo | januari 2015 | 125,1Nm/°/kg |
| 9. Storck Aernario | okt 2015 | 123,9Nm/°/kg |
| 10. Rose X-Lite Team 8000 | dec 2014 | 123,7Nm/°/kg |
Carbon-jargong: vad betyder allt?
