Misura della forza su un telaio di snow trike in alluminio

Guidare con manubri di bicicletta davanti a sé sulle piste da sci non è una novità. Nel corso degli anni e dei decenni, questa pratica si è evoluta in diverse direzioni in varie parti delle Alpi, Scandinavia, Nord America ed in altre regioni, dando origine a varie forme di snow scoots e ski bikes.

Lo snow scoot rappresenta un design molto semplice, composto da due snowboard collegati in sequenza. Nella parte anteriore del primo snowboard è presente un lungo manubrio verticale per il controllo. Privi di una seduta, gli snow scoot combinano le caratteristiche di uno scooter da strada e di uno snowboard.

Una ski bike è l'equivalente della bicicletta per lo sci in discesa. Ha una struttura ed una sospensione simili a quelle di una bicicletta, ma sostituisce le ruote con gli sci. Può includere un sedile, ma presenta supporti al posto dei pedali.

È tutto una questione di velocità! La velocità effettiva degli snow scoots e delle ski bike dipenderà dalla pendenza della pista, dalle condizioni della neve e dal livello di abilità del pilota. I piloti esperti possono raggiungere velocità superiori ai 100 km/h (62 mph) o persino maggiori su piste ripide e ben preparate.

Come frenare una ski bike o uno snow scoot dipende dal modello e dal design specifici. Tuttavia, come su qualsiasi forma di sci, far affondare gli sci nella neve, creando resistenza, è il modo più comune per rallentare; sia attraverso l'aratura, dove il pilota spinge verso il basso la parte anteriore del veicolo, oppure attraverso il carving, dove il pilota fa curve strette.

Il snow trike

Negli ultimi anni, la scena dello "snow bicycling" è diventata molto vivace, grazie al marchio sloveno Hillstrike. Attualmente, l'azienda con sede a Trbovlje è rinomata per i suoi dispositivi chiamati "snow trike". Questi sono snow bike con uno sci nella parte anteriore, dotati di un manubrio di sterzo e due sci paralleli nella parte posteriore, collegati in un parallelogramma che consente di girare inclinandosi. Sono praticamente dei tricicli da neve!

L'azienda Hillstrike è stata fondata nel 2011 da Matic Hribar, un appassionato di mountain bike e sport estremi, con l'idea di portare l’esperienza delle mountain bike sulla neve. Proprio in quell'anno è stato creato il primo "prototipo" di snow trike di Hillstrike.

Il design del sistema di sci posteriore permette di simulare il movimento degli arti inferiori nello sci. Il centro di gravità è simile a quello di una mountain bike, in quanto il sistema dei pedali è posizionato dove di solito si trova il gruppo movimento centrale. Questo design offre un vantaggio grazie al parallelogramma nella parte posteriore con due sci, a differenza del singolo sci utilizzato dalla concorrenza. Questa configurazione permette di ottenere un angolo adeguato in cui le pareti laterali degli sci possono mantenere una presa e contribuire ad un effetto di carving invece di una semplice scivolata.

Guidando lo snow trike di Hillstrike, avrai l'impressione di cavalcare una mountain bike sulla neve. Avrai il controllo durante le curve e sarai in grado di padroneggiare i drift. L'Hillstrike è sufficientemente stabile da sopportare le mosse più audaci e le acrobazie più spettacolari.

Nel corso degli anni successivi, Matic ha riunito un gruppo di amici con la stessa passione per lo sport ma con competenze diverse. Insieme, hanno sviluppato un nuovo prototipo ogni anno. Quello che è iniziato come un semplice passatempo si è trasformato in un'attività seria nel 2015, quando è stata fondata Hillstrike d.o.o. a Trbovlje.

Misure

La collaborazione tra il team di Hillstrike e Dewesoft risale a diversi anni fa, quando questo gruppo di appassionati locali aveva l'obiettivo di creare uno snow trike con caratteristiche di guida superiori rispetto ad una ski bike o uno snow scoot.

Matic Hribar, fondatore e product manager di Hillstrike, afferma: "Abbiamo fatto il nostro primo approccio a Dewesoft durante la fase di progettazione del nostro telaio in alluminio. Il telaio del nostro trike è ispirato a quello delle BMX. Molte ricerche di sviluppo sono state condotte sulle BMX e dati sulle forze che agiscono su di esse sono facilmente reperibili. Tuttavia, per un prodotto unico come il nostro snow trike Hillstrike, la situazione è diversa".

Durante la fase di sviluppo del loro prototipo iniziale, il team di Hillstrike ha impiegato strumenti Dewesoft per misurare le forze che agivano sul telaio in alluminio. L'obiettivo di questi test era garantire che il trike non solo fosse facile da guidare, ma fosse anche progettato per resistere alle condizioni estreme di utilizzo.

Matic dichiara: "Sapevamo che se volevamo ottenere una comprensione accurata delle forze che agivano sul telaio, avremmo dovuto misurarle. Non c'è un modo migliore per farlo se non utilizzare gli strumenti di misura Dewesoft."

Sul trike sono stati installati tre moduli KRYPTON 3xSTG per misurare i carichi che agivano sul telaio. Alimentati da un pacchetto batteria DS-BP2i, i moduli hanno registrato i segnali dai trasduttori di deformazione configurati in modo da formare un mezzo ponte. Abbiamo acquisito i carichi flessionali ed assiali al fine di ottimizzare il design del telaio, ridurne il peso e garantirne un utilizzo sicuro.

Negli anni successivi, i produttori di mountain bike di alta gamma hanno iniziato ad orientarsi verso telai in fibra di carbonio per ridurre il peso e garantire una migliore prestazione. Anche la snow bike,in termini di telaio, sta gradualmente seguendo questa tendenza.

Il telaio rappresenta una componente critica della snow bike: qualsiasi danno può comprometterne l'integrità strutturale. Alcuni telai possono essere suscettibili di crepe o rotture se sottoposti ad eccessivo stress o impatti. Sia i telai in alluminio che in fibra di carbonio presentano vantaggi e svantaggi specifici.

I telai in alluminio sono spesso più accessibili dal punto di vista economico e sono riconosciuti per la loro durabilità e resistenza. Sono leggeri, affrontano efficacemente terreni accidentati e sono semplici da riparare e mantenere.

D'altro canto, i telai in fibra di carbonio presentano un costo maggiore rispetto a quelli in alluminio, ma sono preferiti per la loro ulteriore riduzione del peso e maggiore rigidità. Possono assorbire efficacemente le vibrazioni, contribuendo ad una guida più confortevole. I telai in fibra di carbonio sono meno suscettibili alla corrosione ed alla fatica rispetto a quelli in alluminio, ma richiedono una maggiore attenzione nel caso di danni poiché la loro integrità strutturale potrebbe essere compromessa.

La scelta tra un telaio in alluminio ed uno in fibra di carbonio per una ski bike o uno snow scoot è influenzata principalmente da considerazioni di budget, stile di guida e preferenze individuali. I piloti che cercano un equilibrio tra resistenza e costo potrebbero optare per telai in alluminio, mentre chi cerca leggerezza e rigidità potrebbe preferire quelli in fibra di carbonio.

Lo sviluppo di telai in fibra di carbonio richiede test distruttivi per determinare i punti di rottura dell'angolo della canna di sterzo ed il punto di flessione del supporto del sedile e dei pedali.

Per quanto concerne la sicurezza, i pedali rappresentano la parte più critica dell'intera struttura del telaio. Durante atterraggi bruschi, quando il pilota si trova sopra i pedali, la maggior parte delle forze è assorbita dai piedi del pilota. Pertanto, il fissaggio dei pedali deve essere sufficientemente robusto da fornire un supporto adeguato senza rischi di rottura o flessione.

Abbiamo simulato e condotto test di caduta utilizzando una telecamera ad alta velocità, il modello DS-CAM-1100m, per registrare ed analizzare la forza necessaria a deformare la struttura dello snow trike.

Utilizzando una telecamera ad alta velocità, abbiamo condotto misure lasciando cadere pesi da altezze diverse sulla parte posteriore del sedile. Abbiamo osservato quando la forza d'impatto era sufficiente a piegare il telaio. I risultati di questo esperimento hanno fornito ai progettisti un riferimento per la forza che potrebbe verificarsi se un pilota colpisse il sedile in un atterraggio brusco.

I salti seguiti da atterraggi bruschi generano forze elevate anche sulla parte anteriore dei forcellini. La canna di sterzo è un punto critico su una bicicletta tradizionale e lo stesso vale per lo snow trike. I nostri test hanno valutato il numero di strati di tessuto in fibra di carbonio necessari per resistere a forze massime simili o superiori rispetto alla versione in alluminio.

Per condurre questo test, abbiamo fissato il telaio in modo rigido su un tavolo da saldatura e creato un supporto che gradualmente applicava una forza in avanti sui forcellini. I risultati ottenuti hanno fornito informazioni preziose sui livelli di forza necessari per deformare, crepare o rompere le saldature della canna di sterzo. 

Grazie a queste conoscenze sulla resistenza del telaio in alluminio standard, i progettisti del telaio in fibra di carbonio possono ora ottimizzare il modello per garantire la necessaria robustezza senza aggiungere peso superfluo.

La successiva fase di sviluppo

L'approccio per la fase successiva dello sviluppo è ora orientato alle caratteristiche di maneggevolezza e guidabilità. Per iniziare questo processo, abbiamo eseguito misure preliminari al fine di raccogliere dati sul comportamento dello snow trike sulle piste.

Abbiamo completato la fase finale dei nostri test sulle caratteristiche di guida presso il Centro Sciistico Krvavec, su un percorso chiuso appositamente allestito per la prima gara internazionale di ski bike tenuta in Slovenia. Utilizzando un'unità IMU1 collegata ad una CPU KRYPTON, volevamo misurare parametri cruciali come l'angolo di inclinazione, la forza di curvatura e la velocità di curvatura.

Le misure preliminari ci hanno fornito alcune informazioni di base sulla maneggevolezza. Tuttavia, è necessario ottenere misure più dettagliate per avere una comprensione più completa. Vogliamo approfondire le relazioni tra l'angolo di inclinazione, l'angolo di piegatura e la rotazione del manubrio. Invece di utilizzare l'IMU1, opteremo per il dispositivo NAVION-I2, che offre misure più precise dell'angolo di derapata grazie ad un sensore aggiuntivo per la rotazione del manubrio.

Conclusioni

Abbiamo condotto le nostre prove preliminari sulle caratteristiche di guida il giorno precedente alla International Skibike Race a Krvavec. In quanto ingegnere di test, ho partecipato con fiducia alla gara grazie ai dati raccolti. Tuttavia, ho imparato che la guida è più di una semplice questione di buon design. Durante la discesa, ho commesso un errore di valutazione, che ha portato ad una caduta e mi ha impedito di salire sul podio.

"Mi sorprendo dei risultati ottenuti dalle nostre misure preliminari sulle caratteristiche di guida," afferma il manager di Hillstrike, Matic Hribar. "Questi risultati ci offrono un'idea di quali misure siano possibili e quali siano i requisiti ambientali se vogliamo confrontare in modo empirico la guida del nostro snow trike con le snow bike e gli snow scoot."

Nel corso degli anni, Dewesoft è stata lieta di contribuire allo sviluppo di numerosi prodotti innovativi. Siamo particolarmente orgogliosi delle aziende locali della regione di Zasavje che stanno cercando di introdurre qualcosa di nuovo ed unico sul mercato.

La competenza tecnologica e l'esperienza di Dewesoft nell'ambito dell'acquisizione dati hanno giocato un ruolo fondamentale nello sviluppo di sistemi avanzati di misura ed analisi per gli snow trike. Questi sistemi permettono ai piloti ed agli allenatori di monitorare metriche cruciali delle prestazioni, come velocità, accelerazione e potenza, elementi essenziali per massimizzare le prestazioni complessive.

In questo caso, le nostre misure hanno convalidato il concetto di prodotto di Hillstrike. Per il futuro, Hillstrike mira ad equipaggiare diversi tipi di ski bike con l'attrezzatura di misura Dewesoft per acquisire una comprensione più approfondita del comportamento dello snow trike sulla neve. I dati empirici non solo rivelano chiaramente un vincitore in termini di rettilineità e velocità nelle curve, ma forniscono anche una chiara visione del percorso che Hillstrike può intraprendere nello sviluppo del prodotto.

In generale, la crescita della scena dello snow bicycling è un segno tangibile della creatività e dell'ingegnosità di aziende come Hillstrike. Attraverso il loro impegno, hanno trasformato un'attività poco conosciuta in uno sport prospero ed emozionante.

La gara di ski bike

Sabato 4 marzo, il primo fine settimana di marzo, la prima gara internazionale di ski bike è stata l'evento principale di sci di tre giorni a Krvavec, in Slovenia. Ski bike, snow scoot e snow trike hanno gareggiato per i punti della Coppa Europa.

Il centro sciistico di Krvavec si trova nelle Alpi di Kamnik e Savinja ad un'altitudine compresa tra 1480 e 1971 metri. Si trova nel cuore della Slovenia, a soli 25 km da Lubiana, capitale della Slovenia. Si può accedere al centro sciistico con la funivia, a piedi o in auto, ma non dimenticare le gomme da neve se si sceglie quest’ultima opzione!

Un suggestivo e tortuoso passaggio attraversa la stretta gola che collega la pianura di Lubiana con la stazione di partenza della funivia. In questa giornata di sabato, i parcheggi lungo la strada sono tutti occupati e potresti dover parcheggiare ad una certa distanza dalla stazione. Fortunatamente, un servizio di autobus gratuito ti porterà direttamente alla "scala per il paradiso".

Un sole abbagliante ed una neve bianca luccicante. Lo spettacolo offre panorami mozzafiato della verde pianura di Lubiana sottostante e delle montagne circostanti. Migliaia di visitatori di tutte le età popolano le piste ed affollano le aree per mangiare all'aperto. Velocità ed occhiali da sole, picnic e musica pop - libertà e relax in cima al mondo!

Trenta concorrenti provenienti da quattro paesi hanno gareggiato nel Campionato Krvavec SkiBike Euro Series 2023, partecipando a due eventi di ski biking secondo le regole del gigante. Gli eventi di ski biking hanno attirato sciatori e piloti dall'Austria, Croazia, Germania, Grecia, Francia, Italia, Svizzera, Turchia, USA e Slovenia.

Il vincitore è stato l'austriaco Sebastian Bichler, che è stato più veloce degli sloveni, Matjaž Urtelj al secondo posto e Miha Glavič al terzo posto.

The winner was Austrian Sebastian Bichler, who was faster than the Slovenians, Matjaž Urtelj in second place, and Miha Glavič in third.

Sebastian Bichler è un rider professionista di ski bike con diversi record di velocità. Nel 2017, Sebastian ha stabilito il record mondiale per la velocità più alta su una ski bike, raggiungendo i 138,752 km/h (86,129 mph) su una ski bike modificata presso il Vars Speed Challenge in Francia. Nel 2018, ha infranto il suo record raggiungendo una velocità massima di 145,082 km/h (90,187 mph) su una ski bike appositamente modificata nello stesso evento.