Analisi modellistica del fenomeno di shimmy su una bicicletta sportiva

The problem of shimmy or wobble, consist in the sudden appearance of a violent and dangerous oscillation of the steering angle. The phenomenon is well known in the sport of cycling, but from the scientific point of view, it is still not well studied. It is in reality a complex phenomenon, strongly non-linear, the nature of which is not yet completely known. This thesis aims to analyze the phenomenon through mathematical modeling, simulation and experiments on real bikes. The objective is the identification of a set of parameters that may give rise to the phenomenon. The vibration of the wobble manifests around 7.9 Hz, as will be shown in the thesis, the vibration will be reproduced in simulation, then it will be carried out a sensitivity analysis of the most influential parameters, such as stiffness, damping, force and strength of vertical exhaust side contact generated. Finally, some conclusion can be drawn; the considered vibration depend on several critical factors, first and foremost the frame compliance, moreover the presence or not of a further degree of freedom localized in the headstock is fundamental to the transmission of oscillation to the whole frame behind.

Il problema dello shimmy o wobble, cioè la comparsa improvvisa di una violenta e pericolosa oscillazione dell’angolo di sterzo è ben noto nell’ambiente del ciclismo sportivo, ma dal punto di vista scientifico il fenomeno risulta ancora poco studiato. Si tratta in realtà di un fenomeno complesso, fortemente non lineare, la cui natura non è ancora del tutto nota. Nel lavoro di tesi ci si propone di analizzare il fenomeno attraverso modelli matematici, di simulazione ed esperimenti su biciclette reali. Lo scopo ultimo è quello di poter identificare un set di parametri ai quali ricondurre il fenomeno. La vibrazione del wobble si manifesta attorno ai 7.9 Hz, come verrà mostrato nel lavoro di tesi, la vibrazione sarà riprodotta in simulazione, successivamente verrà effettuata un’analisi di sensitività dei parametri maggiormente influenti, quali rigidezza, smorzamento, forza di scarico verticale e forza laterale al contatto generata. È stato verificato come la nascita del modo di vibrare in esame dipenda fortemente dalla flessibilità della struttura telaio e come la presenza o meno di un ulteriore grado di libertà localizzato nel canotto di sterzo sia fondamentale per la trasmissione dell’ oscillazione a tutto il telaio retrostante.