De geometrie van een frame kan van invloed zijn op de manier waarop een fiets handelt, maar kun je echt voorspellen hoe goed een fiets zal rijden, alleen al met de buishoeken?
Waarschuwing: in de volgende paragrafen kun je wiebelen, floppen en trillen ervaren. Schrik niet - het zijn termen die u zullen helpen om het complexe onderwerp van fietshantering beter te begrijpen. Simpel gezegd, handling is de input die nodig is om de richting van een fiets te bepalen, en de grootste factor is de geometrie van de fiets.
Het heeft een eeuw geduurd om de dynamiek volledig te begrijpen, maar assistent-professor Arend Schwab van de Technische Universiteit Delft, Nederland, maakt deel uit van een team van natuurkundigen dat beweert het probleem uiteindelijk in 2011 te hebben opgelost.
‘In onze vergelijking zijn er 27 parameters,’ vertelt hij Cyclist. Deze omvatten buishoeken, afmetingen, vorkhoek, trapashoogte en zwaartepunt. Verander slechts één element en de afhandeling verandert.
Tientallen jaren cumulatieve ervaring hebben framebouwers geleid tot een algemene geometrie voor racefietsen die een acceptabel evenwicht biedt tussen gewicht, comfort, efficiëntie en handling.
Dit betekent dat vandaag de dag de meeste aanpassingen voor het rijgedrag worden gemaakt met de hoek van de balhoofdbuis en de vork-offset, ook wel rake genoemd, omdat ze 'trail' bepalen.
Om een idee te krijgen van het spoor, stel je een lichtstraal voor die door het midden van de balhoofdbuis naar beneden schijnt. Hij raakt de grond voor het punt waar de voorband de grond raakt.
De afstand tussen deze twee punten is het pad en het is een van de belangrijkste factoren in hoe een fiets omgaat.
‘Trail beïnvloedt de stabiliteit van de fiets’, zegt framebouwer Richard Craddock van Craddock Cycles in Bromsgrove.
‘Alle fietsen zijn stabieler naarmate ze sneller bewegen, maar meer spoor maakt het gemakkelijker om rechtop te blijven. Aan de andere kant betekent meer trail meer wiebelen als je uit het zadel bent en het vereist meer inspanning van de rijder om te sturen als het gaat om bochten.'
Het is dit laatste punt dat Anders Annerstedt van het Luxemburgse fietsmerk Rolo energie geeft.
‘Een fiets met een langer parcours is moeilijker op het ideale traject om een bocht te houden. Dus op een haarspeldbocht moet je door de bocht sturen met misschien twee of drie verschillende inputs.
'Je moet krachtig zijn omdat de geometrie de fiets in zijn bestaande baan wil houden', zegt hij.
Met minder spoor hoeft de rijder niet zoveel energie te verbruiken om die correcties aan te brengen en kan hij dit sneller doen, voegt Annerstedt toe.
Hij stemt zijn geometrie af om buitensporige 'wheel flop' - instabiliteit bij lage snelheid - te elimineren en alle framebouwers streven ernaar het pad aan te passen om het soort handling te bieden dat het meest geschikt is voor het beoogde gebruik van de fiets.
Een toerfiets kan dus veel spoor hebben om een stabiele, voorspelbare rit te bieden, terwijl een racefiets een klein beetje spoor kan hebben om snel, scherp bochtenwerk te bieden.
Er zijn twee manieren waarop een framebouwer het spoor kan aanpassen: door de hoek van de balhoofdbuis te veranderen of door de hellingshoek (offset) van de vork aan te passen. Om het spoor te verkleinen, kunt u de balhoofdbuis steiler maken, de vorkhoek vergroten of beide.
Wagfietsers zijn over het algemeen de voorkeur gaan geven aan het hanteren van fietsen met een spoor van 50-60 mm. Een balhoofdhoek in de buurt van 73° met een vorkoffset van ongeveer 45 mm heeft de neiging om dit te bereiken.
Veel framebouwers zijn terughoudend over hun precieze cijfers, maar als je twee van de drie variabelen kent, kun je de derde berekenen op de website bikecad.ca.
Er is een extra complicatie bij kleine framematen omdat het voorwiel dichter bij de trapas zit, waardoor het risico bestaat dat het door de tenen van de rijder wordt afgeklemd.
Om de speling te vergroten, moet de balhoofdhoek ondieper worden gemaakt of moet de vorkoffset worden vergroot, die beide van invloed zijn op het rijgedrag, tenzij er andere ontwerpwijzigingen worden aangebracht.
Gewichten en maten
Helaas zal het controleren van de geometriekaart om het spoor te beoordelen u niet alles vertellen wat u moet weten over het rijgedrag, omdat er andere factoren bij betrokken zijn.
Framebuilders noemen trapashoogte en wielbasis als de volgende twee meest invloedrijke geometrische elementen voor handling.
Verdere wijzigingen in het rijgedrag kunnen worden aangebracht door de lengte van de stuurpen, de breedte van het stuur en het type wielen en banden te wijzigen.
Zwaardere wielen en banden hebben bijvoorbeeld meer traagheid en vergen meer inspanning om de staven te draaien.
De manier waarop een fiets omgaat, heeft ook te maken met de stijfheid van het frame en de vorken, wat betekent dat materialen en buisvormen hun rol spelen.
‘Door de materiaalkeuze en het gebruik van materiaal kan een fietsfabrikant specifiekere rijeigenschappen bereiken binnen een gedefinieerde geometrie’, zegt Tim Hartung, ontwerpingenieur bij Trek Bicycles.
‘Hier hebben composietmaterialen een groot voordeel ten opzichte van isotrope materialen zoals staal en aluminium.’
Hij vindt het leuk hoe carbon hem in staat stelt de stijfheid nauwkeurig te regelen en af te stemmen door lay-uppatronen, buisdiktes en dwarsdoorsnedevormen.
Moderne ontwikkelingen zoals schijfremmen op racefietsen hebben volgens Hartung ook invloed gehad op de manier waarop een fiets omgaat: 'Normaal gesproken zijn steekassen veel dikker [dan standaard snelspanners], meestal 12 mm of 15 mm.
'De dikkere as is sterker en stijver en zorgt ook voor een stijvere systeemverbinding tussen frame en wiel. Het kan een scenario creëren waarin de voor- en achterwielen niet synchroon lopen met elkaar.
'Het achterwiel en het frame zullen de neiging hebben om meer in hetzelfde vlak met elkaar te blijven, wat slecht kan zijn als je probeert een constante lijn te houden in bochten met hoge snelheid.
'Je kunt eindigen met een fiets die niet genoeg "give" of flex in het systeem heeft om een goede lijn in een bocht vast te houden of die je in staat stelt om dienovereenkomstig met succes tegen te sturen.
‘Dit kan betekenen dat het contactvlak van uw band met de grond aan de achterkant in gevaar kan komen. Of je moet op de rem trappen om je lijn aan te passen in een snelle bocht op de weg', voegt Hartung toe.
‘Geen van beide is wenselijk in racesituaties. Houd er rekening mee dat dit detailniveau eigenlijk alleen wordt opgemerkt door elite-wielrenners en dat een deel van dit effect kan worden verzacht door de parameters van de framestijfheid te wijzigen.'
Het organische element
Ongeacht de geometrie en stijfheidsniveaus die in een fiets zijn gekozen, er zal altijd één variabele zijn die de framebouwer onmogelijk nauwkeurig kan voorspellen: de rijder.
Lichaamsvormen en rijstijlen zullen de dynamiek van het rijgedrag beïnvloeden, en Arend Schwab van de Technische Universiteit Delft heeft duidelijke opvattingen over hoe de positie van de rijder zich verhoudt tot het rijgedrag.
‘De houding of positie van de rijder is niet zo belangrijk als het gaat om het rijgedrag, maar de manier waarop je het stuur vasthoudt is erg belangrijk’, zegt hij.
‘De stuurstructuur is erg licht en als je de grote massa van armen en bovenlichaam erbij optelt, kan dit het systeem en zijn reactie beïnvloeden.’
Schwab suggereert dat, in theorie, het vasthouden van het stuur met gestrekte armen in dezelfde hoek als de balhoofdbuis het beste zou zijn voor de stabiliteit, omdat dan je arm en bovenlichaamsmassa minimale invloed heeft op het stuursysteem.
De in Londen gevestigde framebouwer Tom Donhou voegt toe: 'Je wilt het zwaartepunt echt op de juiste plaats houden, vooral als je op snelheid rijdt. Het schommelen van de snelheid heeft te maken met de plaatsing van het gewicht, dus je moet de juiste gewichtsverdeling tussen de wielen krijgen.'
Voor een framebouwer kan het een ontmoedigende taak zijn om alle geometrische elementen in evenwicht te brengen met de fysiologie van de rijder, vooral wanneer klanten opmerkelijk veeleisend en tegelijkertijd onduidelijk kunnen zijn over het soort handling dat ze willen.
‘Mensen gebruiken woorden als responsief, reactief, behendig, wendbaar, agressief’, zegt Tom Rodi van de Amerikaanse op maat gemaakte bouwer Parlee Cycles.
‘Er zijn 20 of 30 bijvoeglijke naamwoorden die je zult horen. Soms zal iemand het hebben over een fiets die zich "nerveus" voelt. Het kan te steil zijn bij de balhoofdbuis of de vork is te stijf.
'Er zijn veel stukken om naar te kijken. Er is de torsiestijfheid van de kop, de boven- en onderbuizen, de torsiereactie van de hele vorkconstructie en er is de verticale meegaandheid - het vermogen van die dingen om te buigen als reactie op wegafwijkingen.'
Wat duidelijk is, is dat er geen eenvoudige oplossing is om het rijgedrag van een fiets te voorspellen. Het is iets waar framebouwers aan zullen blijven sleutelen en ze zowel door vallen en opstaan als door wetenschap zullen blijven verfijnen.
En als je eenmaal je frame hebt, zullen de onderdelen die je eraan vastmaakt ook een effect hebben, maar vooral de manier waarop je door die haarspeldbocht snijdt, is aan jou.
De manier waarop een fiets omgaat, hangt grotendeels af van de persoon die ermee omgaat.
