ЕРГОНОМИЧНИ АСПЕКТИ ПРИ ДИЗАЙНА НА...
TRANSCRIPT
1
магистър инженер-дизайнер
РАДОСТИНА МИРОСЛАВОВА ДЕНЧЕВА
ЕРГОНОМИЧНИ АСПЕКТИ ПРИ
ДИЗАЙНА НА ЕЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДИ
АВТОРЕФЕРАТ НА ДИСЕРТАЦИЯ
за присъждане на образователната и научна степен „доктор”
в областта на висшето образование – 5. Технически науки,
професионално направление – 5.13 Общо инженерство,
специалност - „Ергономия и промишлен дизайн”
Научен ръководител:
проф. д.т.н. инж. Николай Петров Ангелов
Рецензенти:
проф. д.т.н. инж. Михаил Йорданов Милков
доц. Димитър Иванов Добревски
София, 2015
ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – СОФИЯ
МАШИНОСТРОИТЕЛЕН ФАКУЛТЕТ
КАТЕДРА „ИНЖЕНЕРЕН ДИЗАЙН“
2
Магистър инженер-дизайнер
РАДОСТИНА МИРОСЛАВОВА ДЕНЧЕВА
ЕРГОНОМИЧНИ АСПЕКТИ ПРИ
ДИЗАЙНА НА ЕЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДИ
АВТОРЕФЕРАТ НА ДИСЕРТАЦИЯ
за присъждане на образователната и научна степен „доктор”
в областта на висшето образование – 5. Технически науки,
професионално направление – 5.13 Общо инженерство,
специалност - „Ергономия и промишлен дизайн”
Научен ръководител:
проф. д.т.н. инж. Николай Петров Ангелов
Рецензенти:
проф. д.т.н. инж. Михаил Йорданов Милков
доц. Димитър Иванов Добревски
Състав на научното жури:
проф. д.т.н. инж. Николай Петров Ангелов
доц. д-р инж. Борислав Василев Трайков
проф. д.т.н. инж. Михаил Йорданов Милков
проф. д-р инж. Иван Костадинов Миленов
доц. Димитър Иванов Добревски
София, 2015
3
Дисертационният труд е разгледан и насочен за публична защита от катедра
„Инженерен дизайн“ в Техническия университет – София на заседание, състояло
се на 24.09.2014 г.
Защитата ще се състои на 20.03.2015 г. от 10 часа в зала 2140, блок ІІ на
Техническия университет - София. Материалите по защитата се намират в
канцеларията на Машиностроителния факултет, стая 3242.
© Денчева Р.М., Ергономични аспекти при дизайна на електровелосипеди,
Автореферат на дисертация за присъждане на образователната и научна степен
„доктор“, Технически университет – София, 2015.*) (тираж 50 броя)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*) Номерацията на таблиците, илюстрациите и заглавията съответства на тази в текста на дисертационния
труд.
4
I. Обща характеристика на дисертационния труд
Актуалност на проблема
Велосипедът е намерил своето място като екологично, финансово изгодно, а в
условията на натоварен трафик в големите градове, и в достатъчна степен бързо
средство за ежедневен транспорт. Електрическото задвижване при този тип
двуколесни превозни средства е защитено патентно още през 1895 г., но
въвеждането му в масовото производство, като подпомагащо колоездача, става
реалност едва в средата на 90-те години на 20-ти век. Асистираното електрическо
задвижване разширява възможностите за ползване на велосипеда като
транспортно средство в ежедневието поради факта, че позволява осъществяването
на по-голям пробег с възможност за контрол над необходимото мускулно усилие,
което се оказва особено желана възможност в страни, разположени в планински
региони със значителни наклони на пътищата, като Швейцария например.
Електрическите велосипеди като превозни средства, предназначени за хора с
намалена подвижност, се превръщат в конкурентна алтернатива за ежедневен
транспорт в условията на натоварен градски транспорт и трафик. Надигащите се
екологични проблеми в пренаселените градове, както и фактът, че петролът е
ресурс, чието изчерпване се предвижда за обозримото бъдеще, са причините,
поради които все повече компании се заемат с разработката на превозни средства,
в това число и велосипеди с електрическо задвижване. В условията на нарастващ
интерес, съответно при производството на електровелосипеди, се забелязва, че
научните изследвания, отнасящи се до влиянието на местоположението на някои
електрически елементи като електромотор и акумулатор, съпътстващото
изместване на центъра на тежестта и влиянието върху някои ергономични
характеристики, върху стабилността при ускоряване, спиране или при движение
по неравен терен.
Цел и задачи на дисертационния труд
Да се изследва конструкцията и стабилността при експлоатация на известен
клас електровелосипеди, като се предложи комплексен подход за проектиране,
свързан с осъществяването на нов дизайн, основаващ се на някои инженерни и
ергономични ограничения.
В резултат от формулираната цел са изпълнени следните задачи:
Сравнителен анализ на актуални модели електро велосипеди, в следствие на
който са изведени приоритетни характеристики на този вид превозни средства,
чието подобряване влияе в най-голяма степен върху цялостната оценка за
качеството на разработката.
Експериментално установяване на преместването на центъра на тежестта на
реален електрически велосипед при прикрепяне на акумулатора към различни
части на рамата и извеждане на най-благоприятна в това отношение позиция на
батерията.
5
Експериментално изследване на стабилността на реален електровелосипед
спрямо следните фактори: маса на велосипеда, включително и масата на
велосипедиста; височина на преодоляваното препятствие; мястото на акумулатора
върху рамата на велосипеда.
Въз основа на направените експерименти и анализи да се разработи
собствен концептуален модел електровелосипед с вградени в рамата и оптимално
разположени електрически части.
Методологична основа
При анализите и експериментите, проведени по темата и включени в
дисертацията, са използвани следните методи: метода за многокритериална
оценка на параметрите; планиране на експеримента; емпиричен метод за
определяне центъра на тежестта на сложни обекти; методика за оценка на
значимост на коефициентите на математико-статистически модели.
Научна новост
Получени са резултати от проведено статично изследване за влиянието на
мястото на разположение на акумулатора върху координатите на центъра на
тежестта на реален електровелосипед. По експериментален път и в реални
условия са проведени изследвания и са получени математико-статистически
модели, свързани с установяването на съществени за практиката зависимости,
отнасящи се до влиянието на мястото на разположение на акумулатора в
системата електровелосипед-велосипедист, както и височината на преодоляваното
препятствие върху напречната стабилност на електровелосипеда. Създаден е
дизайнерски проект на рама за електровелосипед, основаваща се на класическата
триъгълна форма с вграден в нея тороидален обем, в който се помества
акумулатора, както и възможността акумулаторът да бъде използван като
инструмент за управление на центъра на тежестта на системата електровелосипед-
велосипедист при променливите условия на тръгване-спиране и с отчитане на
скоростта на движение.
Приложност и полезност
Получените резултати от настоящето изследване предизвикаха интереса на
българското предприятие за производство на велосипеди DRAG ООД, което
декларира, че в бъдещото им производство ще бъде заложена концепцията на
авторката на настоящата дисертация.
Апробация
Резултатите от изследванията в настоящата десертация са били обект на
обсъждания на два научни форума: на Международната научна конференции
АМТЕХ`2012, МТФ, ТУ-София и на Световния конгрес по машиностроене,
Варна, 2014 и в специализирано списание на НТС по машиностроене.
Обем и структура на дисертационния труд
Дисертацията е оформена като книжно тяло с обем от 120 страници Текстът е
разпределен в 3 глави. Използвани са общо 48 заглавия.
6
ІІ. КРАТКО ОПИСАНИЕ НА ОТДЕЛНИТЕ РАЗДЕЛИ В
ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД
ГЛАВА ПЪРВА
Обзор върху материали, свързани с темата на дисертационния труд
Обзорът по темата е разпределен в 5 части. Първата част представя
хронологично историята на велосипеда и на електровелосипеда от изобретяването
им до наши дни. В тази част са включени препратки към съвременни велосипеди,
използващи по нов начин идеи и конструкции, представени за първи път в края на
19-ти и началото на 20-ти век. Четирите ключови изобретения, свързани с
геометрията на рамата на велосипеда, прилагани и в наши дни са: велосипедът на
Людвих фон Драйс, велосипедът на Мишо, дамският, т.нар. „безопасен“,
велосипед на Старли и триъгълната велосипедна рама, тип „диамант“.
Фиг.1.1.3. Усъвършенстван велосипед на
Людвих фон Драйс.
Фиг.1.1.4. Съвременен детски велосипед без педали,
изработен от шперплат или от композит.
Фиг.1.1.7. Рисунка на велосипеда на Мишò (а) и съвременен велосипед (б) без верижна
предавка и с педали, задвижващи през мултипликатор предното управляемо колело.
Фиг.1.1.11. Дамският велосипед на Старли (вляво) и съвременният му аналог.
7
Велорама тип „диамант“ от края на 19 век Съвременна велорама
Фиг.1.1.13. Два примера за триъгълни велорами, тип “диамант”.
Във част втора от първа глава: „Велосипеди с асистирано задвижване“, са
представени основни патентовани конструкции на двуколесни превозни средства
със задвижване, асистирано от ДВГ или електромотор. Направен е анализ на
проблемите, с които са се сблъскали изобретателите на първите хибридни
превозни средства от посочения вид и са изведени основните причини
електрическите велосипеди да добият широка популярност едва в края на 90-те
години на миналия век.
В третата част от обзора са изведени основните параметри,
характеризиращи съвременните електрически велосипеди. Те са: възможност за
електрическо и мускулно задвижване, вид рама, маса на рамата, материал на
рамата, сгъваемост на рамата, вид акумулатор, място на вграждане на
акумулатора, време за зареждане, възможност за зареждане на акумулатора в
движение, разположение на електромотора, мощност на електромотора,
максимална скорост в електрорежим, максимална скорост в комбиниран режим,
пробег в електрорежим, пробег в комбиниран режим, обща маса на велосипеда,
окачване, спирачки, светлини, система за баланс на задната гума, размер на
каплите, дизайн. За всеки от параметрите е направен анализ на възможностите за
подобряване, както и влиянието му върху цялостната система. За целите на
анализа са подбрани актуални електрически велосипеди (Таблица № 1.1), които
онагледяват различни варианти за изпълнение на изброените параметри. Таблица № 1.1
Optibike
8
Stromer
Audi
BMW
Ford
Opel
SMART
Mando Fut
Четвъртата част от първа глава обхваща обзор на изследвания, отнасящи се
до електровелосипеда. Разгледани са особеностите на динамиката на двуколесно
превозно средство, свързани с действащите сили при движение, спиране,
потегляне и промяна на посоката на движение. Анализирани са изследвания на
експлоатационните качества на електрическите велосипеди,както и изследвания
върху аеродинамиката на рамата на класически велосипед и в тази връзка са
представени начини за оптимизиране на формата и положението на
допълнителните части при велосипед с асистирано електрическо задвижване.
ИЗВОДИ КЪМ ПЪРВА ГЛАВА
9
Велосипедът като конструкция съществува от около 130 години. Забелязва
се тенденция на ренесанс на това превозно средство в днешно време, защото
масовото навлизане на автомобилите доведе до сериозни екологични,
здравословни и експлоатационни проблеми.
Конструкцията на рамата на велосипеда е сякаш изчерпана тема, но
търсенето на пазара на този вид превозно средство от една страна и относително
ниската цена, от друга, води до съществен превес в ролята на дизайна, който
несъмнено трябва да се основава на сериозни аргументи от инженерен,
ергономичен, аеродинамичен и др. характер, както и от гледната точка на
безопасността и, не на последно място – конкурентоспособността.
Придвижването на велосипеда по класически начин с педали е съпроводено
със значителен разход на мускулна енергия, което е здравословно занимание, но
същевременно нуждата от максимално бързо преодоляване на дълги разстояния и
наклони при ежедневно ползване на велосипед води до необходимостта от
подпомагане на колоездача чрез създаване на хибриди – включване на
допълнително задвижване от ДВГ или електродвигател.
Комплексното проектиране на електровелосипед в наше време, което,
впрочем, е интензивно занимание от последните 16 години, е свързано със
сериозни усилия от страна на редица производители, в това число водещи
автомобилни фирми като Audi, Smart (Mercedes-Benz), NMW, Ford, Opel и др.,
което е едно доказателство за перспективата на този вид превозни средства.
ВТОРА ГЛАВА
Във втора глава са поместени резултатите от три групи изследвания. Първата
група включва окачествяване на конструкциите на известен брой маркови
електровелосипеди, произведени като рекламни продукти на водещи автомобилни
предприятия, както и два модела, част от гамата велосипеди на специализирани в
бранша фирми. Оценяването се извършва по предварително набелязани и оценени
от авторката на настоящата дисертация съществени фактори и параметри.
Втората група изследвания са осъществени с помощта на анализ, проведен
върху изменението на центъра на тежестта на масата на реална конструкция
електровелосипед, произведен в българското предприятие DRAG ООД в
зависимост от промяната на мястото на електроакумулатора.
Третата група изследвания включва серия от реални (физически)
експерименти, проведени с помощта на теорията на експеримента и свързани с
емпиричното изследване на стабилността на конструкцията на същия
електровелосипед на DRAG ООД при неговото управление в зависимост от
планирано изменение на мястото на разположение на електроакумулатора, при
планирано вариране на сумарната маса на возилото, включително и тази на
велосипедиста и акумулатора, както и при планирана промяна на височината на
изкуствено залагано препятствие по трасето на движение.
10
2.1. ОКАЧЕСТВЯВАНЕ НА КОНСТРУКЦИИТЕ НА ИЗВЕСТЕН БРОЙ
МАРКОВИ ЕЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДИ
В глава първа бяха разгледани седем маркови електровелосипеда на
фирмите: Audi (e-bike Worthsee), Opel (E-bike “RAD e”и), Smart (E-bike), BMW (I
Pedelec), Ford (E-Bike Conzept), Stromer и Optibike, показани в таблица № 1. Върху
предварително подбрани техни параметри, описващи, според мнението на
авторката на настоящата дисертация, в най-пълна степен техническото и
ергономичното им изпълнение, е направено окачествяване на конструкциите с цел
установяване на потребителската им полезност. За целта е използвана оригинална
методика за оценка. Резултатите от това изследване са обект на разглеждане в
първата публикация на авторката по дисертацията.
Определянето на критериите в сравнителния многокритериален анализ
включва изготвянето на пълна параметрична идентификация на сравняваните
обекти. От изведените критерии са избрани общо десет с най-голяма тежест. При
това отпадат тези с еднакви стойности или характеристики за всички системи.
Извежда следният списък от критерии: време за зареждане на акумулатора (7),
обща маса на велосипеда (10), мощност на електромотора (11), максимална
скорост в km/h (13), пробег в km (15), сгъваемост на рамата (17), зареждане на
акумулатора в движение (18), материал на рамата (19), дизайн (23),
разположение на електромотора и на акумулатора (24).
На един следващ етап се съставя дихотомична матрица (таблица № 2.1.2),
отнасяща се до дефинирането на критерии за оценка. Тук критериите се
съпоставят един спрямо друг по ред и стълб, като се задават приоритети в
интервала от числови стойности {0,1÷0,9}. Спазва се правилото: сборът от
стойностите за даден критерий спрямо друг в двата варианта да е равен на
единица. Таблица № 2.1.2
Критерии 7 10 11 13 15 17 18 19 23 24
7 Време за зареждане на
акумулатора, h 0,5 0,7 0,5 0,5 0,8 0,8 0,8 0,5 0,6
10 Обща маса на велосипеда, kg 0,5 0,4 0,4 0,3 0,6 0,7 0,8 0,3 0,5
11 Мощност на електромотора, kW 0,3 0,6
0,4 0,4 0,8 0,4 0,7 0,4 0,5
13 Максимална скорост, km/h 0,5 0,6 0,6
0,3 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4
15 Пробег, km 0,5 0,7 0,6 0,7
0,9 0,8 0,8 0,7 0,5
17 Сгъваемост на рамата 0,2 0,4 0,2 0,4 0,1
0,2 0,6 0,2 0,3
18 Зареждане на акумулатора в
движение 0,2 0,3 0,6 0,5 0,2 0,8
0,6 0,2 0,3
19 Материал на рамата 0,2 0,2 0,3 0,5 0,2 0,4 0,4
0,3 0,2
23 Дизайн 0,5 0,7 0,6 0,6 0,3 0,8 0,8 0,7
0,7
24 Разположение на електромотора
и на акумулатора 0,4 0,5 0,5 0,6 0,5 0,7 0,7 0,8 0,3
11
Коефициентите на тежест Тi на дефинираните критерии за оценка се
изчисляват чрез сумиране на стойностите в редовете на матрицата, които,
подредени по големина, са отразени съответно в Таблица № 2.1.3: Таблица № 2.1.3
№
Критерий (параметър)
Тi
№ Критерий (параметър) Тi
1 (15) Пробег 6,2 6 (10) Обща маса на
електровелосипеда 4,5
2 (7) Време за зареждане на
акумулатора 5,7 7 (13) Максимална скорост 4,4
3 (23) Дизайн 5,7 8 (18) Зареждане на акумулатора
в движение 3,7
4
(24) Разположение на
електромотора и
на акумулатора
5 9 (19) Материал за рамата 2,7
5 (11) Мощност на
електромотора 4,5 10 (17) Сгъваемост на рамата 2,6
От подреждането на критериите по големина на тегловните коефициенти се
вижда, че тези с най-голяма важност са: пробег, време за зареждане на
акумулатора и дизайн. Следва сортиране на критериите като дименсионални и
недименсионални и изчисляване на валентния фактор (ВФ), абсолютната степен
на реализация (АСР) и относителното предпочитание (ОП).
Метрични (дименсионални) критерии:
За всеки метричен критерий, който обикновено се изразява с числена
стойност, се построява оценъчна скала. Скалите могат да бъдат възходящи и
низходящи. Чрез тях се измерват стойностите за абсолютната степен на
реализация (АСР) и за полезност (ѰП). Видът на приложената скала отразява
общата тенденция на отношението на зависимостта между двата параметъра. В
таблица под скалата, ориентирана по хоризонтала и съответстваща на
координатата, отразяваща АСР, се отразява трети параметър относително
предпочитание (ОП). При оценяването на ОП се взимат предвид личните
предпочитания или статистически изведените такива, отразяващи мнението на
потребителите. Числените стойности, които се използват за оценка на АСР и ОП
са в интервала {0÷3}, като с 3 се оценява най-сполучливото изпълнение на
критерия.
В настоящия анализ се разглеждат метричните критерии: време за
зареждане на акумулатора, обща маса на електровелосипеда, мощност на
електромотора, максимална скорост и пробег. Валентният фактор за метричните
критерии се оценява по формулата:
ВФ=АСР*ОП
12
На следващите фигури са представени диаграми, представящи зависимостта
между АСР и ѰП, за метричния критерий „време за зареждане“,а вдясно са
изчислени валентните фактори за всеки от разглежданите обекти. Аналогично са
изготвени диаграми за всички останали дименсионални критерии.
7. Време за зареждане на акумулатора (h)
Audi - 2,5 h; АСР=2; ОП=2
ВФ=АСР*ОП=2*2=4
Opel - 2,5 h; АСР=2; ОП=2
ВФ=АСР*ОП=2*2=4
Smart - 5,5 h; АСР=1; ОП=1
ВФ=АСР*ОП=1*1=1
BMW - 1,5 h; АСР=3; ОП=3
ВФ=АСР*ОП=3*3=9
Ford - 3 h; АСР=2; ОП=2
ВФ=АСР*ОП=2*2=4
Stromer – 3.5 h; АСР=2; ОП=2
ВФ=АСР*ОП=2*2=4
Optibike – 4h; АСР=1; ОП=1
ВФ=АСР*ОП=1*1=1
Неметрични (бездименсионални) критерии
За всички неметрични (бездименсионални) критерии е изчислен директно
ВФ. Когато стойностите на параметъра са оценени с „да” се присвояват стойности
от реда ВФ = 2, 3, 4, 6 и 9, а когато е поставена оценка „не” се присвоява ВФ = 1.
При сравняването на останалите неметрични критерии се присвояват стойности
от реда ВФ = 1, 2, 3, 4, 6 и 9.
Неметричните критерии със съответните валентни фактори са представени в
Таблица № 2.1.3. В дисертационния труд също така е направен подробен разбор
на избраните критериите и са обяснени съображенията при оценка на всеки от
разглежданите обекти. Таблица № 2.1.3
№ Съдържание
на критерия Audi Opel Smart BMW Ford Stromer Optibike
17 Сгъваемост
на рамата (ВФ=1) (ВФ=1) (ВФ=1) (ВФ=6) (ВФ=1) (ВФ=1) (ВФ=1)
18
Зареждане на
батерията в
движение
(ВФ=1) (ВФ=4) (ВФ=4) (ВФ=4) (ВФ=4) (ВФ=1) (ВФ=1)
19 Материал на
рамата (ВФ=9) (ВФ=2) (ВФ=6) (ВФ=6) (ВФ=6) (ВФ=6) (ВФ=6)
23 Дизайн (ВФ=9) (ВФ=6) (ВФ=6) (ВФ=6) (ВФ=4) (ВФ=9) (ВФ=4)
24
Разположение
на мотора и
батерията
(ВФ=9) (ВФ=9) (ВФ=6) (ВФ=6) (ВФ=3) (ВФ=6) (ВФ=9)
Пресмятането на потребителската полезност (ѰП) е свързано с пазарното
търсене на отделния прототип. За изчисляването на стойностите ѰП е необходимо
13
да се подредят валентните фактори (ВФ) и коефициентите на тежест (Тi) за всеки
един от критериите.
В стълбовете на Таблица № 2.1.4 са представени разглежданите велосипеди,
а в редовете критериите.
Таблица № 2.1.4
Тi Audi
(ВФ) Opel
(ВФ) Smart
(ВФ)
BMW
(ВФ)
Ford
(ВФ)
Stromer
(ВФ)
Optibike
(ВФ)
7 5,7 4 4 1 4 4 4 1
10 4,5 9 1 4 9 9 1 1
11 4,5 3 2 2 2 6 3 3
13 4,4 9 4 4 4 4 4 9
15 6,2 4 9 9 1 4 4 9
17 2,6 1 1 1 6 1 1 1
18 3,7 1 4 4 4 4 4 1
19 2,7 9 2 6 6 6 6 6
23 5,7 9 6 6 6 4 9 4
24 5 9 9 6 6 3 3 9
Изчисляването на ѰП се извършва по формулата:
Съответните парциални стойности за ѰП са пресметнати по-долу:
Като резултат от изчисляването на потребителската полезност ѰП за всеки
от разлежданите модели, въз основа на десет избрани критерия за оценяване, се
получава следното класиране: Audi с ѰП=5,96, Opel с ѰП=4,7, Optibike с ѰП=4,65,
BMW с ѰП=4,53, Ford с ѰП=4,54, Smart с ѰП=4,6 и Stromer с ѰП=4,06.
В заключителната част на многокритериалната оценка е направен подробен
анализ на резултатите, както и на причините за съответното класиране на всеки от
разглежданите велосипедите. Резултатите от това изследване са поместени във
втората публикация на авторката на настоящата дисертация.
2.2. EКСПЕРИМЕНТАЛНО ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЗАВИСИМОСТТА
МЕЖДУ МЯСТОТО НА РАЗПОЛОЖЕНИЕ НА АКУМУЛАТОРА И
КООРДИНАТИТЕ НА МАСОВИЯ ЦЕНТЪР НА ЕЛЕКТРО-ВЕЛОСИПЕДА
Представеният в тази част на втора глава от дисертационния труд анализ
включва съществена част от получените по експериментален път резултати от
проведени изследвания на зависимостта между мястото на разположение на
акумулатора и координатите на масовия център на електровелосипеда без водача.
14
Масата на акумулатора се явява съществен компонент спрямо теглото на
целия електровелосипед, както и като разположение, особено при рамите,
изпълнени от леки метални сплави и композитни материали. Тази особеност се
отнася и за относително леките велосипедисти (5÷50-ти персентил), при които
мястото на разполагане на масата на акумулатора е също от значение. Тук е
направено експериментално изследване на възможните варианти за закрепване на
акумулатора към велосипедната рама и съответно е отчетено статичното влияние
на разположението на акумулатора върху мястото на масовия център без водача.
Обект на изследване е електровелосипедът на DRAG ООД, София, като за
целта на експериента се използват пет варианта за монтиране на акумулатора.
Теглото на акумулатора на DRAG е 3 kg. Теглото на електровелосипеда без
акумулатора е 20 kg, което показва, че акумулаторът натоварва общата маса с още
15%.
акумулаторът е
монтиран на рамата
по оста седло-педали
акумулаторът е
монтиран по оста
кормило-педали.
акумулаторът е
монтиран по оста
кормило-седло.
акумулаторът е
монтиран в касета
над задната гума
Изследванията, свързани с определянето на координатите на центъра на
тежестта на електровелосипеда в зависимост от мястото на разположение на
акумулатора, са проведени по известния от механиката емпиричен метод, при
който масовият център на сложни равнинни системи може да се определи с
достатъчна точност емпирично, като обектът – в случая електровелосипедът на
DRAG, разглеждан като тяло с равнинно разположена маса, се окачва
последователно на три точки, определящи върховете на неправилен триъгълник,
като центърът на тежестта на изследвания обект съвпада с пресечната точка на
медианите към съответните страни на същия този виртуален триъгълник.
Фиг.2.2.6. Варианти на установяване (окачване) на определени точки от рамата на
електровелосипеда на DRAG:под кормилото (а), над педалите (б) и под седлото (в).
(акумулаторът и за трите случая е монтиран вътрешно на рамата по оста седло-педали.)
15
В случая електровелосипедът се окачва последователно под кормилото, над
педалите и под седлото (фиг. 2.2.6). Използва се възможността векторът на
сумарното тегло на електровелосипеда с монтирания по съответния начин
електроакумулатор, да бъде колинеарен с оста на земното притегляне.
Експериментът включва общо 15 опита, които съответстват на 3 окачвания в три
точки със съответните 5 варианта на разположение на акумулатора, от които при
първият вариант акумулаторът не е монтиран (липсва).
Обектът на изследване е сниман във всяко едно от трите положения на
окачване и при петте варианта на позициите на разположение на акумулатора (при
едната липсва акумулатор), като се използва независимо закрепена от
електровелосипеда видима (бяла) корда с окачена на нея тежест, която определя на
снимките отчетливо вертикалата (оста Y) на равнинната координатна система X-Y.
Оста Х се строи софтуерно.
Всяка една от общо 15-те снимки и
съответните й повторения, е обработена,
като се нанасят осите X и Y. С точност до 1
mm се отчитат координатите на пресечната
точка на медианите на виртуалния
триъгълник, съответстващи на
координатите на центъра на тежестта на
електровелосипеда в зависимост от съответния вариант на монтаж на акумулатора
и точката на окачване. Тези координати са поместени в Таблица № 2.2.1. Вижда се,
че стойностите по хоризонталната ос Х се изменят в диапазона Х {-60÷26}, а тези
по вертикалната - в интервала Y {10÷92}.
Фиг. 2.2.7 илюстрира разположе-
нието на центъра на тежестта на
велосипеда в зависимост от мястото на
разположение на акумулатора.
От направеното изследване следва,
че разполагането на акумулатора върху
гредата на рамата, свързваща оста на
педалите и кормилото, може да се
приеме за оптималното решение за
градския електровелосипед. Прави
впечатление и фактът, че при
електровелосипедите, произвеждани от
световните автомобилни производители,
се наблюдава тенденция за разполагане
на акумулатора, точно в тази зона, но по този въпрос няма нито показани резултати
от изследвания, нито съответните публикации.
Таблица № 2.2.1
Вариант Х, mm Y, mm № 1 (без акумулатор) -38 10
№ 2 -60 30
№ 3 26 50
№ 4 20 87
№ 5 -8 92
Фиг. 2.2.7. Мястото на центъра на тежестта
на електровелосипеда на DRAG в зависимост
от мястото на разположение на акумулатора.
16
От резултатите от експеримента е изведено заключението, че оптималното
място на монтиране на акумулатора на електровелосипеда върху рамата зависи
силно от стила на каране и предназначението на велосипеда – спортно скоростно
придвижване или щадящо мускулите. В този смисъл при преобладаващо бавно
каране е целесъобразно акумулаторът да бъде фиксиран максимално ниско в
посока към педалите. В случай, че електровелосипедът се кара бързо е
целесъобразно акумулаторът да бъде изместен нагоре по същата греда на рамата.
2.3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ, ПРОВЕДЕНИ ВЪРХУ
ПОВЕДЕНИЕТО НА ЕЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДА В ДВИЖЕНИЕ
В рамките на поставената в настоящата дисертация цел и произтичащите от
нея задачи бяха направени поредица от планирани експеримента, свързани с
определянето на динамичното поведение на пътя на реален електровелосипед.
Използван беше отново електровелосипедът на DRAG. В качеството на параметър
беше използвана динамичната характеристика напречно на движението
вибропреместване, а в качеството на фактори, съответно:
сумарната маса на велосипеда и велосипедиста, като сумарната маса на
електровелосипеда+акумулатора съставлява в случая съответно 25÷50% от теглото
на велосипедиста
височината на разположение на акумулатора, закрепен в рамките на рамата
по оста кормило-педали;
височината на препятствие, монтирано твърдо на пътя. Използвани са
препятствия с височина на сечението съответно 2см. и 4см.
Параметърът (напречно вибропреместване), разглеждан като характеристика
на динамичното поведение на велосипеда, се контролира с помощта на портативен
вибромер. На фиг. 2.3.1 са показани снимки на опитната екипировка, включваща
електровелосипеда на DRAG, портативен вибромер, препятствия със сечения 20 и
40 mm, също така участващите колоездачи с тегло 50 kg, 75 kg и 100 kg.
Фиг. 2.3.1.Вибромер, сечения на препятствията и участващите колоездачи.
.
17
Екперимент № 1
Експеримент № 1 е проведен като планиран от типа ПФЕ22 (пълен факторен
експеримент с два фактора, варирани на две равнища).
Входящите фактори са X1(сумарната маса на електровелосипеда и
велосипедиста-75 и 100 кг) и Х2 (височината на препятствието – 2 и 4 см)
Акумулаторът е закрепен твърдо към гредата от велорамата по оста
кормило-педали в максимално високо положение, на 700 mm височина спрямо
терена (H).
Като параметър се оценява динамичната характеристика
вибропреместване (Y, mm).
В резултат от проведения експеримент се получaва математико-
статистически модел от вида:
Y= b0 + b1 . X1 + b2 . X2 + b12 . X1 . X2 , (2.3.1)
в който са пресметнати неизвестните коефициенти:
b0 = (YЕср1 + YЕср2 + YЕср3 + YЕср4)/4 = (23,83+15,30+12,03+8,93)/4 =15,0225
b1 = (YЕср1 - YЕср2 + YЕср3 - YЕср4)/4 = (23,83 - 15,30+12,03 - 8,93)/4 = 2,9075
b2 = (YЕср1 + YЕср2 - YЕср3 - YЕср4)/4 = (23,83+15,30 - 12,03 - 8,93)/4 = 4,5425
b12 = (YЕср1 - YЕср2 - YЕср3 + YЕср4)/4 = (23,83 - 15,30 - 12,03 + 8,93)/4 = 1,3575
В съответствие със стандартната процедура от теорията на експеримента са
направени две проверки: за значимост на коефициентите на модела и за неговата
адекватност. Моделът в неговия кодиран вид е от типа:
Y= 15,0225 + 2,9075 . X1 + 4,5425 . X2 + 1,3575 . X1 . X2 (2.3.2)
Проверка за значимостта на коефициентите в модела (2.3.2).
В случая е използвана методика за оценка на значимост на коефициентите с
помощта на F-критерия на Фишър. За целта се пресмятат стойностите за
параметъра за модела като се изключват последователно всеки от коефициентите в
модела. Сравняват се стойностите от съответните модели. Направената проверка
доказва, че всички коефициенти за този експеримент са значими.
Проверка за адекватността на наситения модел (2.3.2).
Адекватността на модела се определя с помощта на коефициента на
множествена корелация R по формулата:
Окончателно се получава стойността за R≈0,8 , с която може да се приеме, че
моделът (2.3.2) е в достатъчна степен адекватен.
От стойностите на коефициентите в модела и техните знаци могат да се
направят конкретни изводи, отнасящи се до факторното пространство:
1. Коефициентът b0 e в пъти по-голям от останалите, от което следва, че
съществуват и други фактори, които не са отчетени с този модел.
18
2. Всички знаци пред коефициентите са положителни, от което следва, че
с нарастване на стойностите на факторите нарастват и стойностите на параметъра,
и обратно.
3. Коефициентът b2 = 4,5425 > b1 = 2,9075, от което следва че вторият
фактор - височината на препятствието (h, cm) е в по-голяма степен (почти двойно)
значим спрямо параметъра Y в сравнение с първия фактор – сумарната маса на
велосипедиста+велосипеда (G, kg).
Фиг.2.3.3. Зависимост между параметъра напречно вибропреместване и факторите сумарно
маса (тегло) на велосипедиста+велосипеда и височина на препятствието при разположение на
акумулатора по оста кормило-педали в най-високо положение.
4. Коефициентът b1,2=1,3575, отразяващ смесеното (едновременното)
въздействие на двата фактора върху параметъра е с най-малката и положителна
стойност.
Стойностите на параметъра по модела в таблицата (YM) са пресметнати с
помощта на непълния модел, при който смесеният коефициент (b12=1,36) е
пренебрегнат.
Екперимент № 2
Вторият, подобен по сложност на първия, експеримент е с друга комбинация
от входни фактори. В случая отново се извършва планиране от типа ПФЕ22.
19
В случая факторите и параметъра в матрицата са следните:
Х1 и Х2 са кодовите стойности на първия (сумарното теглото на
електровелосипеда+велосипедиста - G, kg) и на втория (височината на
разположение на акумулатора H, mm спрямо терена) входeн фактор;
Y1E и Y2E са експериментално получените стойности за напречното на
движението на електровелосипеда вибропреместване, измерено в mm при височина
на разположение на акумулатора спрямо терена H1=700 mm и H2=600 mm и
сумарни маси (тегла) на електровелосипеда+ велосипедиста съответно G1=100 kg и
G2=75 kg;
При всичките 4 опита се преодолява височина на препятствието hmax= 40 mm.
От този втори експеримент се очаква да бъде получен математико-статистически
модел от вида на (2.3.1), в който неизвестните коефициенти се пресмятат по
аналогични формули за пресмятане на модела (2.3.2) и съответно:
b0= =18,0425; b1= 1,4925; b2 = - 1,3425; b12= - 3,5925.
С помощта на програмния продукт MATLAB е построена графичната
зависимост от фиг.2.3.4, която има седловиден (минимаксов) характер.
Характерното за тази зависимост е това, че по диагонала на факторите, който
минава през точките с координати {X1min,X2min; X1max,X2max} функцията Y има
максимум, а по диагонала - { X1max,X2max; X1min,X2min} – минимум.
Фиг.2.3.4. Зависимост между параметъра напречно вибропреместване и факторите
сумарно тегло на електровелосипеда+велосипедиста и височина на разположение на
акумулатора при максимална височина на препятствието. .
20
От стойностите на коефициентите в модела и от техните знаци могат да се
направят следните изводи, отнасящи се до факторното пространство:
1. Коефициентът b0 e в пъти по-голям от останалите (приблизително
десет пъти спрямо b1 и b2 и шест пъти спрямо b1,2), от което следва, че съществуват
и други фактори, които не са отчетени с този модел. Трябва да се отбележи, че b0
отчита не само линейните, но и зависимостите от по-висока степен, които в случая
не се взимат под внимание, и затова е закономерно той да бъде по-голям от
останалите коефициенти.
2. Знакът пред коефициента b1 е положителен, от което следва, че с
нарастване на стойностите на фактора сумарно тегло на велосипеда+
велосипедиста нарастват стойностите на параметъра и обратно.
3. Знаците пред коефициента b2 и този пред b1,2 са отрицателни, от което
следва, че с нарастване на стойностите на фактора височина на разположение на
акумулатора, както и при едновременното нарастване на сумарното тегло на
електровелосипеда+велосипедиста и на височината на разположение на
акумулатора, намаляват стойностите на параметъра – напречното
вибропреместване, и обратно.
4. Коефициентите b1 и b2 са приблизително равни по модул (|b1 = 1,4925| ≈
|b2 = -1,3425|), от което следва, че двата фактора поотделно имат почти еднакви по
сила линейни, но знакопроменливи по своя характер, въздействия върху
параметъра.
5. Коефициентът b12= -3,5925, отразяващ смесеното (едновременното)
въздействие на двата фактора е значително по-голям по модул от всеки един от
останалите, което доказва и вида на двойноекстремния характер на функцията.
Именно тази висока стойност на b12 и отрицателният му знак „усукват“
повърхнината на функцията по такъв начин, че тя придобива тази си форма.
На практика мястото на пресечната точка на максимума и минимума
определя компромисния екстремум, който може да се тълкува по следния начин:
велосипедисти със средно тегло, към което е прибавено и теглото на акумулатора
от една страна и едно средно положение на разположение на акумулатора водят до
компромисно ниски стойности на параметъра Y – напречното отклонение на
електровелосипеда при неговото управление.
Проверката за адекватност на модела се извършва с помощта на F–критерия
на Фишър и показва, че всички коефициенти в модела са значими, включително и
b2.
При проверката за адекватност на модела се използва класическият подход
на Фишър, при който се отчита отношението на сумите от дисперсиите, получени в
рамките на експерименталните стойности и тези, получени в рамките на
стойностите, получени с ненаситения модел. От направеното пресмятане следва, че
моделът е адекватен и може да се използва за следващи пресмятания.
Експеримент № 3
21
Експеримент № 3, подобно на първите два, е изпълнен според теорията на
експеримента и по аналогичен план. Онова, което различава експеримент № 3 от
експеримент № 1 е това, че при експеримент № 3 акумулаторът е разположен над
калника на задната гума в специалната касета по начина, по който е произведен
електровелосипедът от фирмата DRAG. Неизвестните коефициенти са изчислени
по аналогичен на предните два експеримента начин, като резултатие потвърждават
изводите, направени за експеримент №1.
Фиг.2.3.5. Зависимост между параметъра напречно вибропреместване и факторите сумарно
тегло на електровелосипеда+велосипедиста и височина на препятствието при максимално
високо разположен акумулатор (Нmax=0,7 m).
Експеримент № 4
Експеримент № 4 е изпълнен в съответствие с теорията на експеримента по
плана ПФЕ 32 (два фактора се изменят на три равнища). В този случай
експериментът цели да реализира модел от втора степен, включващ членове от
втора степен, с който да се постигне оптимизация, т.е. да се определи
комбинацията от факторите, които екстремизират (в случая минимизират)
функцията.
Входните фактори и параметърът са следните:
Х1 и Х2 са кодовите стойности на първия (сумарното тегло на
велосипедиста + електровелосипеда G, kg) и на втория входен фактор (височината
22
на разположение на акумулатора H, cm, поставен на тръбата от рамата по оста
кормило-педали);
Y1E , Y2E и Y3E са експериментално получените стойности за
напречното на движението на електровелосипеда вибропреместване при
прескачането на препятствие с константна височина h1 = 40 mm, при скорост на
движение 15 km/h, при сумарни тегла, съответно G1 = 125 kg и G2 = 100 kg и G3 =
75 kg, както и при височини на разположение на акумулатора, съответно Н1=700
cm, Н2=650 mm и Н3=600 mm. Таблица № 3.2.9
j
i
Х0
X1
Gj, kg
X2
Hj, cm
Y1E Y2E Y3E YM
1 +1 +1
125
+1
70 16,2 7,4 10,8 11,47 10,153
2 +1 0
100
+1
70 10,0 11,7 14,6 12,10 13,867
3 +1 -1
75
+1
70 22,9 21,3 18,9 21,03 23,091
4 +1 +1
125
0
65 12,9 17,0 19,5 16,47 14,507
5 +1 0
100
0
65 11,1 10,7 13,3 11,70 17,363
6 +1 -1
75
0
65 24,7 23,9 26,4 25,00 25,730
7 +1 +1
125
-1
60 8,2 5,6 13,7 9,17 9,941
8 +1 0
100
-1
60 24,8 17,8 28,8 23,8 21,940
9 +1 -1
75
-1
60 13,1 12,7 20,1 15,30 19,449
От този четвърти експеримент се цели да се получи математико-
статистически модел от втори ред от вида:
Y= b0 + b1 . X1 + b2 . X2 + b12 . X1 . X2 + b11 . X12 + b22 . X2
2 ,
в който неизвестните коефициенти се пресмятат по формулите: 9
1
2
1
9
1
2
00.
3
1.
9
5
j i jjijjjyxyxb
, 9
1
..6
1
jjjiyxb
,
23
9
1
2
1
....4
1
jjkjij
iik
yxxb,
9
1
9
1
22
1 3
1..
2
1
j jjjij
iii
yyxb .
С помощта на програмата MATLAB са пресметнати коефициентите на
математико-статистическия наситен модел в кодиран вид, който изглежда по
следния начин:
Y=17,3633-4,0367.X1-0,6117.X2-0,8587.X1.X2+0,5400.Х12–2,2450.Х2
2 .
Отново е направена проверкa за значимост на коефициентите в модела, както
и за неговата адекватност. От стойностите на коефициентите и от техните знаци
могат да се направят известен брой изводи, отнасящи се до факторното
пространство:
Коефициентът b0=17,3633 e най-голям спрямо останалите, от което
следва, че съществуват и други фактори, които не са отчетени с този модел.
Знаците пред линейните фактори (b1 и b2) и пред псевдолининейния (b1,2)
са отрицателни, от което следва, че с увеличаването на стойностите им намалява
стойността на параметъра.
Коефициентът |b1| = - 4,0367 > |b2| = - 0,6117, от което следва, че първият
фактор - сумарната маса на велосипедиста+велосипеда (G, kg) е в по-голяма степен
значим за параметъра Y в сравнение с втория фактор - височината на разположение
на акумулатора (H, cm).
Коефициентът b12=0,8587 , отразяващ смесеното (едновременното)
въздействие на двата фактора върху параметъра е със стойност, съизмерима и по-
голяма по модул спрямо тази на втория фактор.
Знаците пред квадратичните коефициенти са алтернативни, от което
следва, че с нарастване на стойностите на първия фактор, нарастват стойностите на
втора степен на параметъра и обратно - с нарастване на стойностите на втория
фактор, намаляват на втора степен стойностите на параметъра.
С помощта на MATLAB е построена графичната зависимост фиг.2.3.6,
илюстрираща резултатите от експеримента. Полученият минимум за Y (минимално
напречно на оста на движението вибропреместване на електровелосипеда) се
получава в рамките на комбинацията от стойностите на факторите: G = Gmax
(сумарна маса от 125 kg за електровелосипеда+велосипедиста+акумулатора) и H =
Hmax (височина от 700 mm на разположение на акумулатора спрямо терена на
движение).
Тълкуването на получените резултати според стойностите на факторите в
рамките на заложеното в експеримента факторно пространство може да бъде
следното:
24
Фиг. 2.3.6. Графична илюстрация на модела (2.3.8) в неговия кодиран вид.
нарастването на сумарната маса на електровелосипеда
+велосипедиста+акумулатора от минималната (75 kg) към средната (100 kg) води
до по-малко демпфиране на вибропреместването на електровелосипеда;
нарастването на сумарната маса на електровелосипеда
+велосипедиста+акумулатора от средната (100 kg) към максималната (125 kg) води
до по-голямо демпфиране на напречното на оста на движение вибропреместване на
електровелосипеда;
по-високото разположение на акумулатора (Hmax = 700 mm) спрямо терена на
движение при стационарен режим с постоянна скорост, в случая 15 km/h, води до
по-малки стойности на напречните вибропремествания на електровелосипеда, с
което аналогията с неговото балансиране, разглеждан като система - тип „обратно
махало“, е доказана експериментално и категорично.
ИЗВОДИ ОТ ГЛАВА ВТОРА
В резултат от направените изследвания в глава втора могат да се направят
някои обобщения и изводи.
25
1. Постигнатите оценки в раздела, т. 2.1, в който се прави окачествяване на
известен брой електровелосипеди, обект на производство на известни марки
производители на маркови автомобили, имат определено пазарна насоченост и
стойност. Постигнатите резултати от направеното изследване корелират с някои
маркетингови проучвания в тази област, свързани с продажбата както на
автомобилите, така и на техните рекламни продукти – марковите
електровелосипеди.
2. Направеното изследване, свързано с установяване на статичното
влияние на разположението на акумулатора в рамките на конструкцията на
електровелосипеда по отношение на изменението на центъра на тежестта му,
доказва, че е възможно да се определи такова място за акумулатора, което да
постига едновременно както повишена стабилност при управлението на
електровелосипеда, така и конкретни ограничения, свързани с ергономичната и
дизайнерската концепция.
3. От проведените планирани експерименти могат да бъдат направени
следните най-общи изводи:
резултатът от първия планиран експеримент, при който се варират
факторите сумарната маса (тегло) на електровелосипеда и велосипедиста (G, kg),
както и височината на препятствието (h, mm) при максимална височина на
разположение на акумулатора (Нmax=700 mm) спрямо терена на движение, показва,
че едновременното действие на двата фактора повлиява стабилността на
велосипеда и частните зависимости Y→X1 и Y→X2 са в достатъчна степен
линейни;
резултатът от третия планиран експеримент, при който варираните
входни фактори са същите както при първия, с тази разлика че акумулаторът в
този случай е монтиран зад седалката на електровелосипеда, вместо по оста
кормило-педали, както е при първия експеримент, показва подобна тенденция за
релациите Y→X1 и Y→X2;
резултатите от втория планиран експеримент, при който беше
постигната сложна седловидна (минимакс) повърхнина на функцията показват, че
с помощта на линейно планиране могат да бъдат постигнати резултати, които
имат определено оптимизационен характер;
резултатите от четвъртия планиран експеримент, при който беше
постигнат квадратичен модел, показват че те имат както теоретична, така и
практическа стойност в рамките на факторното пространство.
4. Може да се смята, че получените резултати от глава втора са добра
основа за следващото дизайнерско проектиране, което е описано в глава трета.
Част от резултатите от глава втора са използвани при написването на следващите
публикации по дисертацията.
ГЛАВА ТРЕТА
26
В трета глава са поместени резултатите от направено дизайнерско
проектиране на нова, авторска, конструкция на велосипед с асистирано
електрическо задвижване за нуждите на полицията, повлияна от постигнатите
резултати от направения обзор в първа глава, както и от резултатите, получени от
изследванията във втората глава. Тази последна част на дисертацията включва
няколко основни стъпки:
определяне на целева група потребители на електровелосипеди;
избор на вида и геометрията на рамата;
определяне на позицията на колоездача, съобразена с ергономичните
изисквания;
избор на оборудването с капли, гуми, скоростен механизъм, спирачки и др.
За определяне на целевата група потребители е направен кратък преглед на
статистически проучвания свързани с предпочитанията, илискванията и
характеристиките на хората, ползващи електровелосипеди. Изведена е пазарна
ниша, в която внедряването на този вид превозни средства би било особено
подходящо. Дефинираните професионални направления са сведени до три:
мобилна търговия, пощенски и куриерски услуги, и полицейски патрули.
Полицейският патрул е избран като направление, в което е насочена
разработката на нов дизайн за електровелосипед. Направен е подробен анализ на
задачите, които се налага да извършват патрулиращите полицаи и на тази база е
избран вид велосипед със съответната геометрия – планински велосипед тип
„комфортен“ с твърдо задно окачване и мека предна вилка.
27
Подходящата позиция на колоездача е показана на следващата фигура,
както и ъглите между крайниците, които трябва да се осигурят.
Основните части
на обурудването,
свързано със
задвижването на
велосипеда са: главина
със вградени скорости
Shimano Alfine със 11
скорости,
електродвигател Bosch
Performance Speed с
увеличена максимална
скорост на асистенция –
45 км/ч, и акумулатор
като разпределение в
обособен обем и като
дизайн на касетата са
обект на разработване.
Като изискване за новата разработка се приема запазването на обема на
предвидения от Bosch акумулатор с цел постигане на еквивалентен капацитет.
Допълнителните аксесоари, необходими за полицейския велосипед са: сигнални
светлини с вградена сирена, багажна чанта и бутилка за вода.
ъгъл между мишмица и предмишница 155
0; ъгъл между тяло и
мишница 800; ъгъл между тяло и хоризонталата 30
0; ъгъл
между бедро и прасец 1400.
28
Разработването на дизайна на електровелосипеда за нуждите на полицията е
направено върху следващите скици.
В повечето от представените скици присъства идеята за разпределение на
теглото на акумулатора. Предлага се вариант, при който касетата е оформена като
тороид, вписан във вътрешния тригълен контур на рамата.
Представени са няколко фотореалистични визуализации, както и
триизмерен модел, с изчислителните възможности на който е потвърдено
равенството на обема на новия акумулатор и този на Bosch. Рамата с нейния
специфичен дизайн може да се отлее като цял детайл от дуралуминий.
29
Предвижда се акумулаторната касета да се демонтирана от рамата и да се
зарежда отделно в акумулаторна станция.
30
ИЗВОДИ КЪМ ГЛАВА ТРЕТА
В резултат от направената в глава трета дизайнерска разработка на
електровелосипед за нуждите на полицията могат да бъдат изведени следните по-
съществени изводи:
1. Електровелосипедът, разглеждан като универсално средство за
придвижване в градска и извънградска среда трудно може да намери масо во
приложение, предвид на високата му цена. Той, обаче, е много подходящ като
средство за придвижване за служители на длъжности в конкретни специализирани
държавни или общински служби като полиция, пощи, куриерски служби, служби
по геодезия, водоснабдяване и др. В рамките на търговската дейност
електровелосипедът е подходящ като средство за транспортиране и доставки на
място на някои нетрайни стоки като мляко, сладолед, напитки и др.
2. Целесъобразно е при дизайнерското и конструкторско проектиране на
електровелосипеда да се използат наличните елементи и възли като
електродвигатели, скоростни кутии, спирачки, акумулаторни клетки, капли, гуми,
осветителни и звукови елементи и др., които се предлагат на пазара със своето
високо качество. Целесъобразно е дизайнерското проектиране да бъде
фокусирано към концепцията на рамата, която се явява основният елемент от
конструкцията, защото тя съсредоточава в себе си едновременно и якостните, и
експлоатационните, и естетическите параметри на крайния пазарен продукт.
3. Предложената в настоящата разработка триъгълна рама с вградения в
нея допълнителен тороидален обем позволява разпределението на масата му
равномерно върху конструктивните части от рамата, за които е закрепен. Освен
това благодарение на дебелината си, която съвпада с тази на рамата той не
представлява условие за повишаване на въздушното съпротивление на
конструкцията.
ПРИНОСИ, ПОСТИГНАТИ В НАСТОЯЩАТА ДИСЕРТАЦИЯ, СПОРЕД
МНЕНИЕТО НА АВТОРКАТА
ПРИНОСИ С НАУЧНО-ПРИЛОЖЕН ХАРАКТЕР
1. Направеният критичен анализ върху процеса на дизайнерското и
конструкторско проектиране на велосипеди и електровелосипеди за един
значителен период от време, както и постигнатата авторска концепция за
създаването на собствено решение, свързано с велорамата.
2. Полученият резултат от проведеното статично изследване за
влиянието на мястото на разположение на акумулатора върху координатите на
центъра на тежестта на реален електровелосипед.
3. Получените по експериментален път и в реални условия математико-
статистически модели и направените с тях изследвания, свързани с
установяването на съществени за практиката зависимости, отнасящи се до
31
влиянието на мястото на разположение на акумулатора в системата
електровелосипед-велосипедист, както и височината на преодоляваното
препятствие върху напречната стабилност на електровелосипеда.
4. Създаденият дизайнерски проект на рама за електровелосипед,
базираща се на класическата триъгълна форма и вграденият в нея тороидален
обем, в който се помества акумулатора, равномерното разпределение на теглото
му върху конструкцията, както и аеродинамичната оптимизачия на получената
рама.
ПРИНОСИ С ПРИЛОЖЕН ХАРАКТЕР
5. Създадената възможност за внедряване на част от получените
резултати в учебната и научна практика в катедра „Инженерен дизайн“ към
Техническия университет – София.
СПИСЪК НА ПУБЛИКАЦИИТЕ ПО ДИСЕРТАЦИЯТА
1. Денчева, Р.М., Анализ на известни конструкции електровелосипеди –
алтернатива на автомобилите в условията на градска среда, статия в Сборник с
научни трудове от Международна научна конференция, МТФ`2012, състояла се на
18-20.10.2012 г. в Техническия университет – София.
2. Денчева, Р.М., Н.П.Ангелов, Експериментално изследване на зависимостта
между мястото на разположение на акумулатора и координатите на масовия
център на електровелосипеда, Доклад и статия в Сборник със статии от
„Международната научна конференция УНИТЕХ`2012“, Технически университет
– Габрово, 2012.
3. Денчева, Р.М., Н.П.Ангелов, Изследване на страничното отклонение на
електровелосипед в зависимост от сумарната маса и мястото на разположение на
акумулатора. Доклад и статия в Сборник с доклади от „Световeн конгрес по
машиностроене `2014“, Научно-технически съюз по машиностроене, 2014.
32
ERGONOMIC ASPECTS IN THE DESIGN OF ELECTRIC BICYCLES
R.M.Dencheva
(Summary)
This thesis provides a detailed overview and analysis of the historical development of
bicycles and electric bicycles together as well as their modern constructions. The thesis
outlines the main parameters that fully describe the bicycles with electric propulsion. It
also covers various researches about the dynamic and aerodynamic
characteristics of these vehicles.
The second chapter consists of three parts. The first part is a comparative analysis of
modern electric bicycles. The second and third parts cover two sets of experiments
carried out in real conditions. The first set is carried in order to determine the mass
center of an electric bicycle without the rider, while the second studies the dynamic
behavior of the same bicycle according to several variable factors.
In the third and final chapter of the thesis is presented a new conceptual design of an
electric bicycle. As theoretical basis of the development process are used the analysis
from the first chapter, the defined engineering and ergonomic requirements and the
results from the experiments made in chapter two.