مطالعه‌ای بر آثار متقابل دینامیک دوچرخه و دوچرخه‌سوار

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 کارشناس‌ ارشد، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 استادیار دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

در این مقاله مطالعه‎ای بر طراحی دوچرخه‎های مختلف با در نظر گرفتن آثار حضور راننده صورت گرفته است. بدن دوچرخه‌سوار علاوه بر ایجاد حرکت از طریق پدال‌زدن، تأثیر بسزایی بر دینامیک دوچرخه نیز دارد؛ یکی از عوامل اصلی برهم خوردن تعادل نیز، بدن شخص دوچرخه‌سوار است. آثار مشابهی نیز از دوچرخه به بدن انسان منتقل می‌شود که بر راحتی و حتی سلامتی فرد تأثیر می‌گذارد. این آثار در مطالعات و پژوهش‎های فروانی مورد بررسی قرار گرفته است، اما فاکتورهای مهمی وجود دارد که در حال حاضر به‌طور جدی مطالعه‎ای روی آنها انجام نشده است. در این مقاله مهم‎ترین آثار دوچرخه و دوچرخه‎سوار بر تعادل، پایداری و دیگر مشخصه‌‎های حرکتی بررسی شده است. برای این منظور لازم است مدل‎های دینامیکی دوچرخه و بدن دوچرخه‌سوار تهیه شده و سپس با بررسی نیروهای بین بدن، دوچرخه و زمین، مطالعه‌ای جامع بر دینامیک بدن انسان حین راندن دوچرخه صورت پذیرد. تعادل و پایداری حرکت دوچرخه تا زمانی که دوچرخه تغییر زاویة فرمان ندهد و همزمان مرکز ثقل دقیقاً بالای چرخ‌ها قرار گیرد برقرار است، اما آثار مختلفی چون اثر ژیروسکوپی، تریل و موقعیت مرکز جرم، شتاب‌گیری و ترمز‌گیری بر تعادل و پایداری حرکت دوچرخه و درپی آن بر دوچرخه‌سوار تأثیر می‎گذارند که در این مقاله به بررسی این آثار پراخته شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] M. Estivalet, P. Brisson, Parametric study of bicycle stability, Engineering, 2009, p. 682.

[2] J. P. Meijaard, J. M. Papadopoulos, A. Ruina, A. L. Schwab, Linearized dynamics equations for the balance and steer of a bicycle: a benchmark and review, proceedings of the Royal Society a: Mathematical, Physical and Engineering sciences, Vol. 463, No. 2084. pp. 1955–1982, 2007.

[3] J. D. G. Kooijman, A. L. Schwab, J. P. Meijaard, Experimental validation of a model of an uncontrolled bicycle, multibody syst. dyn., Vol. 19, No. 1–2, pp. 115–132, 2008.

[4] K. J. Astrom, R. E. Klein, A. Lennartsson, Bicycle dynamics and control: adapted bicycles for education and research, control systems, IEEE, Vol. 25, No. 4. pp. 26–47, 2005.

[5] Oxford english dictionary, http://www.oxforddictionaries.com, accessed Feb 1, 2015.

[6] Bicycles produced in the world-worldometers,, http://www.worldometers.info/bicycles, Feb 1, 2016.

[7] Baron von drais bicycle, canada science and technology museum, http://cstmuseum.techno-science.ca, Aug 30, 2016.

[8] T. Sixieme, Improvements in the wheels of bicycles, Bulletin of the laws of the French Republic (1873) 12th series, Vol. 6, p. 648, patent no. 86,705, 1869.

[9] W. W. I. Collaboration, M. Gaze, Professional cycle racing a bibliography, p. 235, 2014.

[10] S. Brown, One-speed bicycle coaster brakes, 2010.

[11] F. J. W. Whipple, The stability of the motion of a bicycle, q. j. pure appl. math., Vol. 30, pp. 312–348, 1899.

[12] R. S. Sharp, Dynamical analysis of vehicle systems, cism international centre for mechanical sciences, Vol. 497. pp. 183–230, 2009.

[13] C. Koenen, H. B. Pacejka, Vibrational modes of single-track vehicles in curves, veh. syst. dyn., Vol. 8, No. 2–3, pp. 128–133, 1979.

[14] C. Koenen, H. B. Pacejka, The influence of frame elasticity and simple rider body dynamics on free vibrations of motorcycles in curves, veh. syst. dyn., Vol. 10, No. 2–3, pp. 70–73, 1981.

[15] T. Nishimi, A. Aoki, T. Katayama, Analysis of straight running stability of motorcycles, in proc. 10th int. technical conf. experimental safety vehicles, oxford, 1–5 july 1985, pp. 1080–1094.

[16] D. H. Weir, J. W. Zellner, Lateral-directional motorcycle dynamics and rider control, soc. auto. Eng, paper 780304, 1978, pp. 7-31.

[17] T. Katayama, A. Aoki, T. Nishimi, Control behaviour of motorcycle riders, vehicle system dynamics, Vol. 17, No. 4. pp. 211–229, 1988.

[18] H. Imaizumi, Rider model by use of multibody dynamics analysis, JSAE review, Vol. 17, No. 1. pp. 75–77, 1996.

[19] م. هویت‌طلب، ح. خاکی، تحلیل الکترومیوگرافی عضلات پا هنگام دوچرخه‎سواری، هجدهمین همایش سالانه مهندسان مکانیک، 1389.

[20] I. Walker, Drivers overtaking bicyclists: objective data on the effects of riding position, helmet use, vehicle type and apparent gender, accident analysis and prevention, Vol. 39, No. 2. pp. 417–425, 2007.

[21] http://www.bike.bikegremlin.com, Feb 01, 2017.

[22] http://velonews.competitor.com, Feb 01, 2017.

[23] Cyclo-Cross Bicycle, http://en.wikipedia.org, 2016.

[24] Touring bicycle, http://en.wikipedia.org, 2016.

[25] س. شب‌زنده‌دار، م. مسیح طهرانی، بررسی تأثیر استراتژی توزیع توان بر عملکرد یک دوچرخه الکتریکی و مصرف کالری راننده آن، هشتمین کنفرانس دانشجویی مهندسی مکانیک ایران، رشت، گیلان، مهر 1393.

 [26] P. Wang and J. Yi, Dynamic stability of a rider-bicycle system: analysis and experiments, proceedings of the American Control conference, Vol. 2015-july. pp. 1161–1166, 2015.

[27] Q. He, X. Fan, D. M. Cim, Full Bicycle Dynamic Model for Interactive Bicycle Simulator, journal of computing and information science in engineering, pp. 373–380, 2005.

 [28] ع. رهی، ن. هدایی, مدلسازی و مطالعه دینامیک حاکم بر دوچرخه، اولین کنفرانس بین‌المللی دوچرخه شهری, 1390.

[29] E. L. Wang, M. L. Hull, A model for determining rider induced energy losses in bicycle suspension systems, vehicle system dynamics, Vol. 25, No. 3. pp. 223–246, 1996.

 [30] W. Frank, D. G.Wilson, Bicycling science, second edition, Massachusetts Institute of Technology, 1982, pp. 188, 198–233, 1982.

[31] س. هاشم‌نیا، م. شریعت‌پناهی، کنترل تعادل دوچرخه بدون سرنشین با استفاده از یک سیستم طبقه بند بهبودیافته، مهندسی مکانیک مدرس, 1392.

 [32] J. Heine, Where to carry a load - the best option for you depends on your bicycle adventure cyclist, http://adventurecycling.org, 2016.

[33] J. D. G. Kooijman, A. L. Schwab, A review on bicycle and motorcycle rider control with a perspective on handling qualities, vehicle system dynamics, Vol. 51, No. 11, proceedings of the ASME 2011 international design engineering technical conferences & computers and information in engineering conference, Washington, pp. 1722–1764, 2011.

[34] M. Moto, Motorcycle touring tips part 3. preparing the bike, 2008-06-28.

[35] D. Gordon, J. Papadopoulos, Bicycling science, Third Edition, The MIT Press, 2004, pp. 263-390.

[36] C. Vittore, Motorcycle dynamics, Second Edition, pp. 241–342, 2006.

[37] J. Fajans, Steering in bicycles and motorcycles, American Association of Physics Teachers, 1999.

[38] C. Nakagawa, Y. Suda, K. Nakano, S. Takehara, Stabilization of a bicycle with two-wheel steering and two-wheel driving by driving forces at low speed, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 23, No. 4. pp. 980–986, 2009.

[39] G. K. Wertheim, Bicycle stability in no-hands riding, Phys. Today, Vol. 60, No. 6, pp. 14–16, 2007.

[40] R. S. Sharp, On the stability and control of the bicycle, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control (ASME), p. 61, 2008.

[41] R. S. Sharp, Motorcycle steering control by road preview, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control (ASME), Vol. 129, pp. 373–381, 2008.