Návrh přední odpružené vidlice s MR tlumičem pro sjezdová kola
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Pri jazde na horskom bicykli cez nerovný terén je často limitujúcim faktorom komfort jazdy a dostatočný prítlak kolesa. Preto je neustála snaha inovovať odpruženie a vyvíjať tlmiče poskytujúce lepšie tlmiace vlastnosti. Použitie semi-aktívneho odpruženia je jednou z možností ako dosiahnuť požadované zlepšenie v porovnaní s pasívnymi systémami používaným v súčasnosti. V tejto práci bolo cieľom vyvinúť magnetoreologický tlmič, ktorý je vhodný pre implementáciu do bežne dostupných vidlíc horského bicykla a ktorého tlmiace charakteristiky umožňujú využitie algoritmu Skyhook. Bol vytvorený funkčný vzor MR tlmiča so zdvihom 240 mm a vonkajším priemerom 29,5 mm, ktorého dynamický rozsah je 9,5 pri piestovej rýchlosti 0,25 ms-1 a časová odozva 17 ms. Magnetický obvod vyrobeného funkčného vzoru je z materiálu 11SMn30. Tlmič slúžil na overenie funkčnosti konceptu a zároveň jeho tlmiace charakteristiky boli experimentálne overené a porovnané s predikovanými hodnotami. Vďaka kombinácii numerického a analytického modelu bola dosiahnutá veľmi dobrá zhoda medzi predikciou a experimentom. Z toho dôvodu je následne možné navrhnutý MR tlmič vyrobiť s magnetickým obvodom z materiálu Hiperco/Vacoflux 50, ktorého predikovaný dynamický rozsah je 9,5 a časová odozva je menšia než 10 ms. Výsledná celková hmotnosť návrhu je 0,68 kg. Tento návrh plne vyhovuje všetkým požiadavkám. V prípade jeho použitia v kombinácii so semi-aktívnym riadením pomocou algoritmu Skyhook je predpoklad zlepšenia komfortu jazdy o 28 % [1]. Potenciál využiť navrhnutý MR tlmič je v spojení so stále rozšírenejšími elektrobicyklami a to najmä z dôvodu vyššej hmotnosti tlmiča. Zároveň sa však nevylučuje možnosť využitia na bežnom bicykli. Semi-aktívne odpruženie je nová a doposiaľ nie veľmi rozšírená technológia v oblasti cyklistiky a má potenciál osloviť nový okruh spotrebiteľov. Po zvážení všetkých výhod a nevýhod je možné konštatovať, že navrhnutý MR tlmič umožňuje vylepšiť jazdné vlastnosti horských bicyklov ako v oblasti komfortu jazdy, trakcie kolesa alebo v podobe zníženia výdaju energie pri pedálovaní vplyvom pohltenia energie odpružením.
When mountain biking over rough terrain, comfort and sufficient wheel pressure are often the limiting factors. That's why there is an effort to innovate suspension and develop dampers that provide better damping characteristics. The usage of semi-active suspension is one way to achieve the desired improvement over the currently used passive systems. In this work, the aim was to develop a magnetorheological damper that is suitable for implementation in commonly available mountain bike forks and whose damping characteristics allow the use of the Skyhook algorithm. A functional model of an MR damper with a stroke of 240 mm and an outer diameter of 29.5 mm, whose dynamic range is 9.5 at a piston velocity of 0.25 ms-1 and a time response of 17 ms, was developed. The magnetic circuit of the manufactured functional pattern is of 11SMn30. The damper served to verify the functionality of the concept and at the same time its damping characteristics were experimentally verified and compared with the predicted values. Due to the combination of numerical and analytical model, a very good agreement between prediction and experiment was achieved. Hence, an MR damper with a magnetic circuit made of Hiperco/Vacoflux 50 material was subsequently designed with a predicted dynamic range of 9.5 and a time response of less than 10 ms. The resulting total weight of the design is 0.68 kg. This design fully satisfies all requirements. When used in combination with semi-active control using the Skyhook algorithm, it is predicted to improve ride comfort by 28 %. The potential to use the proposed MR damper is with the increasingly widespread electric bicycles mainly due to the higher weight in conjunction. At the same time, however, the possibility of using it on a regular bicycle is not excluded. Semi-active suspension is a new and not yet widely used technology in cycling and has the potential to reach a new range of consumers. Considering all the advantages and disadvantages, it can be concluded that the proposed MR shock absorber allows to improve the rideability of mountain bikes both in terms of ride comfort, wheel traction or in the form of reduced energy expenditure during pedalling due to energy absorption by the suspension.
When mountain biking over rough terrain, comfort and sufficient wheel pressure are often the limiting factors. That's why there is an effort to innovate suspension and develop dampers that provide better damping characteristics. The usage of semi-active suspension is one way to achieve the desired improvement over the currently used passive systems. In this work, the aim was to develop a magnetorheological damper that is suitable for implementation in commonly available mountain bike forks and whose damping characteristics allow the use of the Skyhook algorithm. A functional model of an MR damper with a stroke of 240 mm and an outer diameter of 29.5 mm, whose dynamic range is 9.5 at a piston velocity of 0.25 ms-1 and a time response of 17 ms, was developed. The magnetic circuit of the manufactured functional pattern is of 11SMn30. The damper served to verify the functionality of the concept and at the same time its damping characteristics were experimentally verified and compared with the predicted values. Due to the combination of numerical and analytical model, a very good agreement between prediction and experiment was achieved. Hence, an MR damper with a magnetic circuit made of Hiperco/Vacoflux 50 material was subsequently designed with a predicted dynamic range of 9.5 and a time response of less than 10 ms. The resulting total weight of the design is 0.68 kg. This design fully satisfies all requirements. When used in combination with semi-active control using the Skyhook algorithm, it is predicted to improve ride comfort by 28 %. The potential to use the proposed MR damper is with the increasingly widespread electric bicycles mainly due to the higher weight in conjunction. At the same time, however, the possibility of using it on a regular bicycle is not excluded. Semi-active suspension is a new and not yet widely used technology in cycling and has the potential to reach a new range of consumers. Considering all the advantages and disadvantages, it can be concluded that the proposed MR shock absorber allows to improve the rideability of mountain bikes both in terms of ride comfort, wheel traction or in the form of reduced energy expenditure during pedalling due to energy absorption by the suspension.
Description
Citation
SALVA, M. Návrh přední odpružené vidlice s MR tlumičem pro sjezdová kola [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
sk
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Čížek, Ph.D. (člen)
Ing. Dětřich Robenek (člen)
doc. Ing. Radomír Mendřický, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Matej Daniel, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2022-06-21
Defence
Student prezentoval svoji práci a odpověděl na otázky oponenta:
1.) Otázka č. 1 - v textu DP byl opakovaně zmíněn výraz "zlepšení komfortu jízdy". Prosím o vysvětlení významu "komfort jízdy" ve spojení s uvedenou aplikací MR tlumiče u sjezdového kola vybaveného vidlicí se zdvihem 200 mm, určenou především pro zdolání "náročných sjezdů" (rovněž citace z DP). ZODPOVĚZENO
2.) Otázka č. 2 - V DP je několikrát zdůrazněna potřeba zohlednění tlakových ztrát v tlumiči.
Vysvětlete prosím o jaké tlakové ztráty se jedná s ohledem na základní princip hydraulického tlumiče, kdy k disipaci kinetické energie dochází škrceným průtokem kapaliny způsobeným rozdílem tlaků na obou stranách pístu, a doplňte vysvětlení negativního vlivu tlakových ztrát na funkci tlumiče. ZODPOVĚZENO
3.) Otázka č. 3 - V kap. 2.4. se zmiňujete o "prítlačnej sile predného kolesa na poskytovanie potrebnej trakcie". Prosím o vysvětlení významu "trakce" v souvislosti s aplikací tlumiče u sjezdového kola. ZODPOVĚZENO
4.) Otázka č. 4 - V kap. 6.1.2 "Spodne veko" uvádíte tlak o hodnotě až 3 MPa a v této souvislosti použití odpovídající těsnicí manžety. Správně zvolená a dobře těsnící manžeta se projevuje pasivním odporem, jehož hodnota obvykle není zanedbatelná ani u aktivních hydraulických systémů. Byl tento vliv pasivního odporu nějak zohledněn při posouzení dynamických vlastností tlumiče? ZODPOVĚZENO
5.) Otázka č. 5 - Pro jednotlivé pracovní režimy tlumiče - tzn. komprese a odskok - se obvykle požaduje rozdílné nastavení tlumicích charakteristik. Jakým způsobem bude splnění tohoto požadavku zajištěno u navrhovaného MR tlumiče? ZODPOVĚZENO
6.) Otázka č. 6 - Vyvedení napájecího kabelu cívky ze spodní strany vidlice a jeho zabezpečení proti poškození u aplikace "sjezdové kolo" se zdvihem 200 mm zcela jistě není snadný úkol. Zabýval jste se nějakým vhodným a spolehlivým řešením? ZODPOVĚZENO
Dotazy komise:
1.) Dr. Čížek: Pokud by to byl komerční výrobek. Co se stane, když pojedete těžký sjezd a vybije se baterie? ZODPOVĚZENO
2.) Prof. Hartl: Role elektromotoru v sjezdu? ZODPOVĚZENO
3.) Doc. Maňas: Jak rychlou odezvu potřebujete? ZODPOVĚZENO
4.) Dr. Čížek: Popište skok v F-v charakteristice. Maximální proud je negativní pro komfort. Je to tak?
5.) Doc. Koutný: Jaký bylo kritérium pro použití daného materiálu pístu? ZODPOVĚZENO
6.) Prof. Daniel: V automotive se používá derivace zrychlení? ZODPOVĚZENO
7.) Doc. Medřický: Po přejetí překážky by bylo výhodné, aby se tlumič vypnul? Proč tomu tak není? ZODPOVĚZENO
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení