CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Với nhu cầu ngày càng đa dạng của người dùng đối với xe đạp cho nhu cầu tăng cường sức khỏe, di chuyển thuận lợi, độ bền cao, mức độ thỏa mái khi sử dụng, … thì tính nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ và dễ dàng mang đi nhiều nơi cũng là một trong những yêu cầu đang đặt ra đối với xe đạp hiện nay. Nhiều dòng xe đạp trên thị trường đã đáp ứng được yêu cầu trọng lượng nhẹ. Tuy nhiên, kích thước xe vẫn còn lớn nên không thuận lợi cho việc mang theo. Trong khi đó việc sử dụng xe đạp để đi làm, đi học hay mang đi du lịch là một trong số những nhu cầu về sử dụng xe đạp hiện nay, mà những việc này đòi hỏi sự sẵn sàng khi sử dụng và cất gọn khi sử dụng xong.
Loại xe đạp có thể đáp ứng hầu như tất cả nhu cầu đó chính là xe đạp gấp. Ngoài những lợi ích trên, xe đạp còn có những tác động đến sức khỏe người dùng và còn có vị thế nhất định trong một số môn thể thao hiện nay. Một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến người đạp xe và cảm giác của họ đó chính là yếu tố dao động do các tác nhân bên ngoài tác động vào xe mà đối tượng chính ở đây là mấp mô của mặt đường. Do đó, mà việc nghiên cứu để giảm bớt ảnh hưởng của các rung động này lên người có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các bộ phận, cơ cấu giảm xóc cho xe đạp và kết cấu khung xe phù hợp hơn với người sử dụng.
Để thấy rõ ảnh hưởng từ các thông số thiết kế như: thông số hình học, độ cứng lò xo, hệ số giảm chấn, … cần phải thiết lập mô hình hóa lý thuyết để phân tích ảnh hưởng của các thông số này. Kết quả từ các phân tích lý thuyết và mô phỏng này sẽ là cơ sở dữ liệu cho quá trình thiết kế tiếp theo nhằm đưa ra các thiết kế phù hợp sao cho các tác động từ những dao động kích thích đến người lái nằm trong phạm vi cho phép.2 Mục tiêu đề tài - Thiết lập mô hình động lực học cho hệ xe đạp và người. - Khảo sát đáp ứng của mô hình xe đạp đã thiết kế bằng phần mềm phù hợp. - Thiết kế mô hình xe đạp gấp từ kết quả tính toán của mô hình đã xây dựng.
- Thiết kế 3D và các mô phỏng tương ứng. - Viết báo cáo đánh giá và thuyết minh 1.3 Giới hạn đề tài Phân tích về động lực học và những ảnh hưởng của dao động lên xe đạp nói chung đã được quan tâm từ lâu. Để kết quả chính xác và tin cậy cần đòi hỏi mức độ chuyên sâu nhất định và thiết bị thực nghiệm với độ chính xác cao cũng như cần nhiều thời gian và nhân lực để phát triển và tối ưu kết quả. Do đó, đề tài này chỉ tập trung giải quyết những công việc chính như sau: 1 - Mô hình hóa và xây dựng mô hình động lực học cho xe đạp gấp có trang bị lò xo và giảm chấn dựa vào phân tích các thiết kế của một số loại xe đạp gấp không có giảm chấn trên thị trường.
- Độ mấp mô của biên dạng mặt đường lấy theo tiêu chuẩn ISO 8608 - Không xét đến tác động của bộ truyền động (xích và không xích) trong tính toán và mô phỏng động lực học và xem khung xe được cấu thành từ các vật rắn tuyệt đối. - Do giới hạn về mặt thời gian và độ phức tạp của bài toán nên ở đây chỉ xét đến mô hình hóa người lái như một chất điểm đặt tại vị trí yên xe. - Xem xe di chuyển đều với vận tốc cố định và chịu kích thích của mấp mô mặt đường. - Không đi sâu vào quy trình chế tạo xe đạp và một số công nghệ chế tạo liên quan.
- Không đi vào chi tiết thiết kế và phân tích các yêu cầu để đảm bảo chế tạo cho kết quả đầu cuối.4 Tính cấp thiết của đề tài Trong bối cảnh hiện nay, sự gia tăng dân số một cách nhanh chóng làm cho dân cư các vùng thành phố và đô thị trở nên đông đúc kéo theo đó là môi trường ô nhiễm và giao thông ùn tắc. Việc đưa ra các giải pháp giao thông bền vững và giảm khí thải hiệu quả ngày càng trở thành nhiệm vụ đặt lên hàng đầu. Xe đạp, một phương tiện có mặt từ lâu đời, xuất hiện như là một giảm pháp vô cùng hữu hiệu để giải quyết bài toán trên. Hiện nay, sự phát triển ngày một mạnh mẽ của các hệ thống giao thông công cộng ở Việt Nam và ở thành phố Hồ Chí Minh nói riêng như hệ thống ga tàu Metro, hệ thống xe buýt VB01, VB02,…VB05 và nhiều loại hình giao thông công cộng nhỏ lẻ khác.
Trong tương lai sự phát triển của các phương tiện công cộng này còn mạnh mẽ hơn như theo đề xuất của Sở Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh, năm 2040 sẽ ra đời tám tuyến tàu điện ngầm và ba tuyến xe điện trên mặt đất. Sự phát triển mạnh mẽ này sẽ là cơ hội cho xe đạp được sử dụng nhiều hơn và đặc biệt là xe đạp gấp. Xe đạp gấp là một nhánh của xe đạp, nó có tính nhỏ gọn và tiện lợi giúp người sử dụng có thể mang đi nhiều nơi, từ nơi ở đến các trạm giao thông công cộng để đi làm, mang theo để du lịch, sử dụng vì mục đích thể thao, … Nghiên cứu và phát triển các dòng xe đạp phù hợp và tốt cho sức khỏe con người càng trở nên quan trọng trước làn sống xanh sắp tới. Người lái và xe đạp là một hệ thống động lực phức tạp có mối liên hệ chắc chẽ với nhau trong quá trình hoạt động.
Do đó để thấy rõ những tác động của xe đạp đến người lái và cảm giác của họ khi sử dụng cần phải thực hiện nghiên cứu về các hệ động lực giữa người và xe. 2 Hiện nay, các nghiên cứu về động lực học xe đạp hầu như chỉ xuất hiện ở các nước khác và hầu như chỉ tập trung vào phát triển các mô hình động lực học người lái và xe đạp cho các dòng xe đạp địa hình (Mountain Bike). Qua giải thích ở trên, thấy được xe đạp gấp trong tương sẽ là phương tiện ngày tiện dụng. Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển xe đạp gấp trở nên ngày càng thiết yếu.
Trong đó, phân tích động lực học và các đặc tính truyền dao động trong tương tác giữa người và xe là một trong những yếu tố quan trọng cần phải xem xét để thấy rõ những tác động từ tác nhân bên ngoài ảnh hưởng đến xe đạp và cảm giác của người lái xe.5 Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo các mô hình xe đạp gấp đã có hiện nay trên thị trường. - Tham khảo các công trình nghiên cứu về xe đạp nói chung đã công bố trên các tạp chí khoa học ở trong nước và trên thế giới. - Tham khảo các sách, giáo trình về cơ học để xây dựng mô hình hóa động lực học hệ người và xe. - Mô hình hóa lý thuyết bài toán để xem xét các yếu tố ảnh hưởng và phân tích kết quả để đưa ra các thông số thiết kế phù hợp và dùng để kiểm chứng cho bài toán mô phỏng trên một phần mềm thương mại.
- Sử dụng các phần mềm thương mại hiện có để mô phỏng các kết quả và thiết kế kết cấu.6 Đôi nét về xe đạp gấp Xe đạp gấp là loại xe đạp có khả năng gấp gọn lại để có kích thước nhỏ hơn khi không sử dụng nhằm dể dàng lưu trữ, vận chuyển đến nơi cần sử dụng. Trên xe đạp gấp có chứa các cơ cấu được thiết kế để người dùng dễ dàng gập và mở một cách nhanh chóng và nhẹ nhàng mà không cần các dụng cụ chuyên dụng hay đặc biệt. Những bản thiết kế đầu tiên được đưa ra bởi Emiit G.Latta vào năm 1887 và được sản xuất rộng rãi vào những năm 1970. Những cái tên nổi tiếng thời ấy như là The Bickerton Portable, Bromption bicycle do Harry Bickerton và Andrew Ritchie phát triển, với số lượng bán ra lên đến 600,000 chiếc.
Điều này cho thấy nhu cầu của dòng xe đạp gấp trên thị trường là không nhỏ. 3 Hiện nay, xe đạp gấp càng trở nên rất phổ biến, xuất hiện từ nông thôn đến thành thị, ở cả Việt Nam và nhiều nước trên thế giới. Do sự tiện lợi và là một loại phương tiện gần gũi từ xưa đến nay, nên hầu như hiện xe đạp nói chung vẫn là loại phương tiện vô cùng được ưa chuộng cả trong thể thao lẫn cuộc sống hàng ngày. Với sự phát triển mạnh mẽ của đô thị hóa, trong các vùng thành thị, xe đạp gấp càng ngày càng có chỗ đứng của mình trong ngành xe đạp vì nó phù hợp cho nhiều đối tượng và có những đặc tính riêng vô cùng độc đáo của mình.1: Biểu đồ thị phần xe đạp gấp trên thế giới.
[29] Theo thống kê thể hiện ở biểu đồ Hình 1.1 cho thấy ở xe đạp gấp chiếm một vị trí không hề nhỏ trong thị phần xe đạp ở Trung Quốc và Anh. Xe đạp gấp chiếm tỉ trọng cao như vậy vì nó mang đến nhiều sự tiện lợi và lợi ích như: - Dễ dàng cất giữ khi không sử dụng: xe có thể được để ở góc nhà, dưới bàn làm việc ở văn phòng, cốp xe ô tô, giảm được các chi phí gửi – giữ xe, … - Dễ dàng mang theo khi đi trên các phương tiện công cộng: đối với những người làm văn phòng, sinh viên, nhân viên,… cần di chuyển trên các phương tiện công cộng để đi làm thì xe đạp gấp là lựa chọn phù hợp để có thể di chuyển từ nhà đến các trạm xe công cộng và di chuyển từ trạm xe công cộng đến nơi làm việc. - Ít bị mất giá: Theo khảo sát trong [29], xe đạp gấp là nhánh xe đạp có mức giá tương đối cao và có độ phổ biến rộng, do đó giá của nó vẫn giữ được gần như phần lớn giá trị sau quá trình sử dụng. - Tốt cho sức khỏe: như các xe đạp khác, xe đạp gấp cũng mang lại những lợi ích về mặt sức khỏe cho người sử dụng.
