Trek Bicycle utiliza las soluciones de prueba de Simcenter para diagnosticar y mejorar la acústica de los motores de las bicicletas eléctricas
Fundada en 1976, Trek Bicycle (Trek) tiene su sede en Waterloo, Wisconsin. Este fabricante diseña y fabrica bicicletas eléctricas de montaña, carretera, urbanas y otros accesorios.
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Con el software Simcenter SCADAS XS y Simcenter Testlab Neo, pude centrarme menos en cómo lograr respuestas correctas y más en lo que las respuestas me enseñaban.
Fundada en 1976, Trek Bicycle (Trek) tiene su sede en Waterloo, Wisconsin. Este fabricante diseña y fabrica bicicletas eléctricas de montaña, carretera, urbanas y otros accesorios. Trek pretende conseguir la innovación continua y el rendimiento de alta tecnología en toda su gama de productos.
Trek Bicycle sigue innovando con la bicicleta Fuel EXe, una línea pionera que se empezó a comercializar
en julio de 2022. Fuel EXe es una potente bicicleta eléctrica de montaña diseñada para proporcionar a los ciclistas una experiencia de conducción más silenciosa. La Fuel EXe incluye un diseño de Trek de alta calidad, componentes de alto nivel, un cuadro más ligero y a la vez resistente, así como un motor eléctrico integral diseñado para mejorar la experiencia sonora de los ciclistas. Trek dio a conocer el concepto de la acústica de las bicicletas eléctricas. La empresa es famosa por su innovador grupo de ingeniería de bicicletas, formado por expertos ingenieros de bicicletas de montaña (MTB) y analistas del ciclismo que aportan mediciones y conocimientos cuantitativos a nuevas métricas de rendimiento como la acústica.
Trek es pionera en situar la calidad del sonido en el mapa métrico de las bicicletas de montaña eléctricas, ya que sigue siendo un tema candente la industria.
«Como experto en pruebas y análisis acústicos de Trek, rol que no era nuevo para mí, sino en la industria de la bicicleta, nos propusimos llevar la competencia acústica de Trek al siguiente nivel aplicando nuevos métodos de prueba y análisis al ciclo de desarrollo de la Fuel EXe», explica Paul Harder, ingeniero principal de
de Performance Research Group en Trek.
«Sucedieron un montón de cosas por primera vez. Fue todo un reto».
Los ingenieros de I+D de Performance Research Group en Trek tienden a quedarse en el lado de la experimentación y la simulación. Se dedican a probar nuevas ideas de prototipos y a efectuar experimentos para buscar nuevos conocimientos sobre la física de la bicicleta y el rendimiento humano. Esta búsqueda de nuevos conocimientos llevó al equipo al ámbito de la calidad del sonido.
«A lo largo de los años, la industria ha avanzado mucho para conseguir que los sistemas de motor y batería de las bicicletas eléctricas sean más pequeños, ligeros, integrados y más naturales al pedalear», afirma Harder. «Sin embargo, el ruido inherente a los sistemas de motor eléctrico y la caja de cambios seguía siendo una molestia común. La Fuel EXe nos dio la oportunidad irrepetible de encajar esa última pieza del rompecabezas y
fabricar una bicicleta eléctrica que no cree molestias sonoras».
Para producir esta bicicleta eléctrica, Trek se asoció con Siemens Digital Industries Software a fin de utilizar el software Simcenter™ como parte del proceso de diseño para materializar la Fuel EXe. Simcenter forma parte de Siemens Xcelerator, la plataforma empresarial de software, hardware y servicios.
El equipo buscó la inspiración en la industria de vehículos eléctricos. Se descubrió que, al igual que en los primeros tiempos de los vehículos eléctricos, el ámbito de la acústica de las bicicletas eléctricas presentaba oportunidades. El equipo de Trek cerró el círculo de la acústica al investigar las opciones de la Fuel EXe relativas a la experiencia sonora y los sonidos desagradables. Esto conllevó investigar métricas acústicas pioneras para la industria de las bicicletas eléctricas, como la tonalidad y el índice de articulación.
«Como casi siempre que monto en compañía de otras personas, me molesta cualquier ruido que distraiga de la capacidad de conversar. Esto se relaciona con el índice de articulación», añade Harder. «El uso de la tonalidad como métrica clave de lo que resulta molesto surgió tras explorar e investigar bastante sobre las numerosas métricas de calidad de sonido que suelen aplicarse a los motores eléctricos».
Harder y el equipo de ingeniería MTB de Trek sabían que la experiencia acústica de la Fuel EXe dependía en gran medida del motor eléctrico. El equipo trabajaba con el HPR120 de TQ, un motor potente y a la vez bastante ruidoso. Los integrantes del equipo buscaban una versión más reducida y silenciosa del motor. Se descubrió que la tecnología de anillos de espigas armónicos de TQ, con un mínimo de piezas móviles y un único engranaje, podía facilitar la fabricación de un motor más silencioso.
«Gracias a nuestra asociación exclusiva con el fabricante de motores eléctricos TQ, colaboramos con eficiencia al crear especificaciones y probar nuestros motores eléctricos», afirma Harder. «Esta colaboración fructificó en el motor eléctrico HPR50 de Fuel EXe y Domane+».
El equipo de Trek contó con Simcenter Testlab para ayudar a definir el significado de lo que era un buen sonido
desde el punto de vista de las pruebas acústicas y la ingeniería.
Tras las habituales idas y venidas entre Trek y TQ, los prototipos con el HPR50 estuvieron listos para probarse en las pistas. Los pilotos de pruebas de Trek consideraron que los prototipos con el motor eléctrico HPR50
sonaban realmente bien. El resultado fue excelente, pero Harder sabía que aún quedaba camino por recorrer.
«Nuestro equipo había desarrollado solventes funcionalidades de pruebas y análisis acústico, pero aún teníamos que averiguar cómo cuantificar lo que significaba un buen sonido en el contexto de una bicicleta eléctrica», explica Harder. «La acústica era la meta clave del nuevo motor de TQ. Usamos el análisis para cuantificarlo, comprenderlo y seguirlo mientras decidíamos entre las muchas iteraciones de prototipos a lo largo del proceso de desarrollo».
El equipo empezó midiendo la sonoridad y descubrió que la Fuel EXe era casi el doble de silenciosa que otras bicicletas eléctricas. Sin embargo, los pilotos de prueba pensaron subjetivamente que esto subestimaba lo mucho mejor que sonaba.
«En esta fase, nos percatamos de la importancia de la calidad del sonido en la experiencia de la bicicleta eléctrica y de la tonalidad como métrica clave para cuantificar lo que es un ruido agradable del motor eléctrico», dice Harder. «Teníamos que saber un poco más sobre cómo cuantificar estas descripciones sonoras. Por lo tanto, nos centramos en la calidad del sonido, que tiene numerosas
opciones. Examinamos con detenimiento el espacio acústico de los VEs, donde sabíamos que la tonalidad era una buena práctica».
Tras las pruebas iniciales de uso en pistas de montaña, el equipo necesitaba disponer de datos acústicos más concretos. Se recurrió al estudio de sonido de la sede de la fábrica de Trek en Waterloo, Wisconsin, que donde están las pistas privadas de bicicleta de montaña de Trek, para realizar más análisis acústicos. Dichos análisis
incluían métricas de potencia sonora y calidad del sonido, como la sonoridad, la tonalidad y el índice de articulación, mediante soluciones de pruebas de Simcenter, como el hardware portátil Simcenter SCADAS™ XS y Simcenter Testlab™ Neo, la plataforma de software de última generación para ingeniería de rendimiento multidisciplinar basada en pruebas.
«El uso de Simcenter SCADAS XS para pruebas en campo es muy fácil. Cabe en un bolsillo de maillot de bicicleta, se integra impecablemente con auriculares binaurales y se controla de forma inalámbrica con la aplicación Simcenter Testlab Scope en una tablet en el exterior», asevera Harder. «Durante las pruebas en pista, también utilizamos un GPS y una cámara de acción para visualizar los datos en Simcenter Testlab Neo».
La configuración de la prueba de laboratorio incluía Simcenter SCADAS XS, micrófonos profesionales, un entrenador estático aislado acústicamente y ajustado a una resistencia total de 300 W y, por supuesto, la Trek Fuel EXe ajustada al modo de asistencia máxima. El equipo de Trek utilizó Simcenter Testlab Neo según la norma ECMA-74:2019 para calcular la tonalidad.
«Tras investigar varias métricas de calidad de sonido, quedó claro que la tonalidad era lo más representativo de lo que oían nuestros pilotos», dice Harder. «Simcenter Testlab nos permitió explorar fácilmente otras métricas, como la relación de prominencia y el índice de articulación. No hay nada peor que codificar a mano un algoritmo durante un par de días y descubrir que no es una métrica útil para esta prueba».
Harder y su equipo proporcionaron feedback durante el proceso de creación de prototipos. Acabaron creando un avanzado conjunto de métodos para diagnosticar y mejorar la acústica del motor de la bicicleta eléctrica. El último paso fue verificar los resultados de campo y de laboratorio en el motor de producción final durante dos días en una cámara anecoica. Los resultados demostraron que el uso de Simcenter les ayudó a diseñar la Fuel EXe con un sonido cinco veces más agradable y casi el doble de silencioso que el de otras populares bicicletas eléctricas de montaña.
A medida que el HPR50 y la Fuel EXe entraban en producción, los integrantes del Trek Performance Research Group se dieron cuenta de que trabajan en acústica de vanguardia de bicicletas eléctricas.
«Cuantificar la percepción humana del sonido es sumamente complicado», asegura Harder. «Con el software Simcenter SCADAS XS y Simcenter Testlab Neo, pude centrarme menos en cómo lograr respuestas correctas y más en lo que las respuestas me enseñaban. Probar con rapidez varias métricas, visualizar, filtrar y reproducir datos de forma interactiva nos permitió obtener información mucho más rápida y fiable que no habríamos podido conseguir de otra forma». «Lo realmente fantástico es que ahora podemos aprovechar estas herramientas y conocimientos acústicos en fases aún más iniciales de futuros proyectos de I+D de motores y bicicletas eléctricas», añade Harder.
Simcenter SCADAS XS se utilizó en pruebas en campo y en laboratorio.
«El uso de Simcenter SCADAS XS para pruebas en campo es muy fácil. Cabe en un bolsillo de maillot de bicicleta, se integra impecablemente con auriculares binaurales y se controla de forma inalámbrica con la aplicación Simcenter Testlab Scope en una tablet en el exterior».