Bestzeiten im Radsport durch mobiles Echtzeit-Aerometer

Bestzeiten im Radsport durch mobiles Echtzeit-Aerometer

• Zukünftig entscheidend: jederzeit die perfekte Sitzposition des Fahrers

Für Radsportler und Triathleten spielt die Aerodynamik eine entscheidende Rolle, da die Leistung kubisch mit der Geschwindigkeit ansteigt. Für die doppelte Geschwindigkeit ist die achtfache Leistung notwendig. Dabei hat die Sitzposition des Fahrers neben dem Rad an sich den größten Einfluss auf die Reduzierung des Luftwiderstandes. Um eine optimale Fahrleistung zu erreichen und den Fahrer zu entlasten, bedarf es einer komplexen Analyse der Aerodynamik.

»RTAero« – Entstehung einer Projektidee

Der Einfluss des Windwiderstandes hat Sebastian Schluricke – seit 2003 begeisterter Triathlet und ehemaliger Entwicklungsingenieur für Windkraftanlagen – schon immer fasziniert: »Darum entwickelte ich die erste Software zur Simulation von Zeitfahrrennen bereits vor 12 Jahren. 2016 folgte der nächste Schritt in dem ich mit der Gründung der Aerotune GmbH mein Hobby zum Beruf gemacht habe. Die Weiterentwicklung der Software zur Bestimmung des CdA Wertes und erste Entwicklungsansätze für ein Echtzeit-Aerometer gaben den Anstoß.« Durch die Auseinandersetzung mit der Thematik ist schließlich die Idee entstanden, ein mobiles System zur Messung der Aerodynamik beim Rennradfahren zu entwickeln, das durch die Echtzeitrückmeldung an den Fahrer eine permanente Auswertung der Daten und ein optimales Anpassen der Sitzposition jederzeit gewährleisten kann. Eine onlinebasierte Software soll die Daten auswerten.

Der Fokus des im Januar 2022 abgeschlossenen ZIM Projektes »RTAero« richtete sich vor allem darauf, die Windgeschwindigkeiten und -richtungen am Rennrad mobil erfassen zu können. Dafür wurde ein optimal aufgebautes Aerometer mit der passenden Positionierung am Rennrad benötigt, die zuerst ermittelt werden musste. Mithilfe der durch die Messung gewonnenen Daten können anschließend die Kenngrößen Windwiderstand (CdA) und Rollwiderstand (CrR) berechnet und dem Fahrer angezeigt werden. Die umfangreichen Messdaten bestehen unter anderem aus Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, barometrischen Druck, Steigung, Beschleunigung, Luftdichte, Auftrieb und Rollwiderstand. Der Fahrer erhält ein Echtzeit Feedback über den Radcomputer, um seine Sitzposition jederzeit optimieren zu können. Darüber hinaus werden die Daten gespeichert, übertragen und über eine Onlineplattform ausgewertet. Das System ist inzwischen in die bestehende Trainingsplattform der Aerotune GmbH für Aerodynamiktests implementiert. 

Gute Zusammenarbeit führt zum Erfolg

Nach der Erstellung des Hardware Konzeptes für das Aerometer durch die Momes GmbH führte das Institut für Energieforschung der Technischen Hochschule #Ostwestfalen-#Lippe Strömungssimulationen durch, um den besten Aufbau und die optimale Position des Aerometers am Rad zu finden. Parallel arbeitete die MOMES GmbH an der Elektronik. Der Projektpartner Steinbeis Innovation gGmbH führte Berechnungen der CdA- und CrR-Werte basierend auf dem newtonschen Bewegungsmodel durch. Mit der Systemintegration und Fertigung des Gesamtsystems beschäftigte sich die AMS Software und Elektronik GmbH. Anschließend erfolgte die Validierung der Messgenauigkeit und es fanden umfangreiche Testreihen unter anderem im Windkanal statt. Das System wurde in bestehende Systemlösungen eingebunden. Dazu gehören #Apps zur Anbindung an Drittanbieter, #Smartphones, Onlineplattformen sowie an das Head up Display »Usee«. 

Echtzeit Aerodynamik

Mit der Auswertung der Echtzeit Aerodynamik beschäftigten sich die Steinbeis Innovation gGmbH und die Aerotune GmbH, um einen bestmöglichen Mehrwert für leistungsorientierte Triathleten und Radsportler zu schaffen. Von Bedeutung sind dabei die Zusammenhänge von verschiedenen Parametern und deren Effekt wie beispielsweise der Zusammenhang zwischen Aerodynamik und Leistung, Aerodynamik und Herzfrequenz oder Aerodynamik mit Leistung und Herzfrequenz. Die neuen KI-basierten Algorithmen machen zukünftig detaillierte Analysen und Vorhersagen von Wettkampfergebnissen möglich.

Das Projekt ist im Rahmen des Innovationsnetzwerks »Intellus – Intelligente Unterstützungssysteme« entstanden, das über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert wird. Die Zusammenarbeit ist für alle Partner sehr zufriedenstellend verlaufen und am Projektende steht ein erfolgreicher Prototyp, der über alle spezifizierten Eigenschaften verfügt. Eine Messung von CdA und CrR Werten in Echtzeit ist gelungen. Zudem ist eine #App entwickelt worden, die sowohl auf #iOS als auch auf #Android Geräten funktionsfähig ist und dem Nutzer die gemessenen Werte zurückmeldet. Eine automatische Synchronisierung mit der Web Plattform ist erstellt worden, sodass die aufgezeichneten Daten gesammelt und analysiert werden können.

Auch für Sebastian Schluricke haben sich die Erwartungen an das Kooperationsprojekt erfüllt: »Die hohe Genauigkeit der parallelen Messung von CdA und CrR Werten wird die Möglichkeiten der Optimierungen nochmals steigern. Und mit der Anbindung an eine vollständige Aerodynamikplattform ergeben sich zukünftig ganz neue Möglichkeiten, die Performance von Sportlern zu optimieren.«