Semiaktivně řízený magnetoreologický tlumič vidlice elektromotorky

Současně používané pasivní tlumiče, které fungují na bázi disipace energie pomocí olejové náplně, umožňují pouze omezené nastavení tlumící síly, které je potřeba nastavit před jízdou. Konstrukčně jsou pasivní tlumiče na svém vrcholu a další posun v komfortu jízdy se neočekává. Zde mají potenciál magnetoreologické tlumiče, které se semiaktivním řízením zvyšují komfort jízdy a zlepšují jízdní vlastnosti. Lepších výkonů dosahují díky rychlé změně tlumící síly, kterou pak lze řídit téměř okamžitě podle aktuálních jízdních podmínek. MR tlumiče se již úspěšně využívají v automotive, zatím se však komerčně neprosadily v segmentu cyklistiky. Hlavním důvodem je jejich vysoká hmotnost oproti současným pasivním tlumičům. Cílem této práce je návrh konstrukce lehkého a rychlého MR tlumiče pro vidlici elektromotorky Kuberg. Pro úspěch produktu je potřeba minimalizovat hmotnost návrhu. Pro správnou funkci tlumiče se semiaktivním řízením, je nutné dosáhnout rychlé časové odezvy tlumící síly, která je nejvíce ovlivněná vznikem vířivých proudů v magnetickém obvodu. Dalším problémem je dosažení dostatečné tlumící síly v aktivovaném stavu, proto je potřeba použít vhodný predikční model. Konstrukci tlumiče je také potřeba vyřešit tak, aby se vmístila do omezeného prostoru dané vidlice a tlumič musí být také osazen senzorikou. Výsledkem této práce jsou návrhy dvou generací MR tlumiče a vyrobený funkční vzorek. MR tlumič I. generace sloužil pro testování a verifikaci modelu. MR tlumič II. generace je pak výsledný návrh se sníženou hmotností. Hmotnost tlumiče II. generace je vyšší jen o 19 % oproti původnímu pasivnímu tlumiči. Celková hmotnost MR tlumiče je 1,6 kg. Nový MR tlumič zachovává původní rozměry a zdvih a má integrovanou senzoriku v konstrukci. Navržený MR tlumič má potenciál prosadit se v segmentu elektrocyklistiky a v dalších elektrických jednostopých vozidlech, kde je jeho implementace nejvýhodnější. Možnost jeho nasazení je však i v běžných horských kolech. Spolu se semiaktivní řídící jednotkou umožňuje dosáhnout lepšího komfortu jízdy a lepších jízdních vlastností.
The passive dampers used today, which work by dissipating energy using an oil fill, allow only limited damping force adjustment, which must be set before driving. Passive dampers are at their peak in terms of design and no further advances in ride comfort are expected. This is where magnetorheological dampers have the potential to increase ride comfort and improve handling with semi-active control. They achieve better performance thanks to a rapid change in damping force, which can then be controlled almost instantly according to the current driving conditions. MR dampers are already successfully used in the automotive sector but have not yet made a commercial breakthrough in the cycling segment. The main reason is their high weight compared to current passive dampers. The aim of this work is to design a lightweight and fast MR damper for the fork of a Kuberg electric motorbike. For the success of the product, the weight of the design needs to be minimized. For the proper operation of a semi-active damper, it is necessary to achieve a fast time response of the damping force, which is most affected by the occurrence of eddy currents in the magnetic circuit. Another problem is to achieve sufficient damping force in the activated state, so a suitable prediction model must be used. The design of the damper also needs to be able to fit into the limited space of the fork and the damper must be fitted with sensors. The result of this work is the design of two generations of MR damper and the fabricated working sample. Generation I MR damper was used for testing and verification of the model. Generation II MR damper is then the final design with reduced mass. The weight of the generation II damper is only 19% higher than the original passive damper. The total weight of the MR damper is 1,6 kg. The new MR damper retains the original dimensions and stroke and has integrated sensors in the design. The proposed MR damper has the potential to be successful in the electric bicycle segment and other electric single-track vehicles where its implementation is most advantageous. However, it can also be used in conventional mountain bikes. Together with a semi-active control unit, it allows for better ride comfort and handling characteristics.

Keywords

MR technologie, magnetoreologický tlumič, semiaktivní řízení, optimalizace hmotnosti, elektromotorka, MR technology, magnetorheological damper, semiactive control, weight optimalization, electric bike

Citation

BLAHUTA, J. Semiaktivně řízený magnetoreologický tlumič vidlice elektromotorky [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.

Language of document

cs

Study field

bez specializace

Comittee

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda) doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (místopředseda) doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen) doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (člen) prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (člen) doc. Ing. Petr Voltr, Ph.D. (člen) Ing. Aleš Dočkal, Ph.D. (člen) doc. Ing. Radomír Mendřický, Ph.D. (člen)

Date of acceptance

2024-06-13

Defence

Student prezentoval výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázku oponenta. Otázka oponenta 1: Mohl by diplomant při obhajobě vysvětlit, jak sestrojil graf na obr. 5.6? ZODPOVĚZENO doc. Vimmr – Jako okrajová podmínka sestavy ve výpočtu byl použit balloon. Můžete to vysvětlit? ZODPOVĚZENO doc. Vimmr – Jak hodnotíte mezní stav únavy? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek – Jaký dopad do funkcionality má vysoká síla v předepnutém stavu na funkcionalitu tlumiče? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek – Dělal jste simulaci nebo experiment, který by řízení pomocí skylooku reflektovat? ZODPOVĚZENO doc. Maňas – Máte odhad, kam až by se dalo při síle 30 N dostat ve vašem řešení? ZODPOVĚZENO doc. Maňas – Existuje okno operačních sil, ve kterém se můžete pohybovat ve vašem návrhu? ZODPOVĚZENO doc. Mendřický – Jak funguje řízení charakteristik tlumiče u vašeho řešení? ZODPOVĚZENO doc. Koutný – Dalo by se nějakým způsobem zlepšit, pokud by jste použil drážkovanou variantu jádra? ZODPOVĚZENO doc. Koutný – Na co by nová varianta měla největší vliv? ZODPOVĚZENO doc. Koutný – Jaký materiál by měl být použit v případě materiálového a jaký v případě tvarového přístupu? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek – Konzervativní tlumič je tlakovaný stejně jako magnetoreologický. Jak jsou na tom tlaky v porovnání pracovní tlaky? ZODPOVĚZENO

Result of defence

práce byla úspěšně obhájena

Document licence

Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení