Indagine analitica e numerica dello shimmy nelle biciclette da corsa

Shimmy is a phenomenon that occurs at high speeds on bicycles (and in general on two-wheeled vehicles) and consists of sudden oscillations of the front assembly with respect to the steering axis. Lateral accelerations on the horizontal tube of the frame could reach 5-10 g with a frequency that varies between 6-10 Hz. Usually the oscillations do not diverge and it is difficult that they could lead to a fall, although this is the sensation perceived by the cyclist. Even if it is not so frequent, the phenomenon is well known in the cycling field and in the scientific literature. It is a topic of great relevance because it is not still clear what are the main causes that lead to these vibrations. The main elements that contribute to their development are the lateral compliance of the frame and the tires deformation. The main purpose of this work is to investigate the phenomenon through mathematical models and dynamic simulations in Dymola, referring in particular to a racing bicycle. The results obtained are in agreement with data collected experimentally from a previous test activity in which some sensors were installed on a bicycle that shows the shimmy.

Lo shimmy è un fenomeno che si manifesta ad alte velocità nelle biciclette (e in generale nei veicoli a due ruote) e consiste in oscillazioni improvvise dell'avantreno attorno all'asse di sterzo. Le accelerazioni laterali che si sviluppano sul tubo orizzontale del telaio possono raggiungere i 5-10 g con una frequenza che varia tra 6-10 Hz. Solitamente le oscillazioni non divergono ed è difficile che portino alla caduta, sebbene questa sia la sensazione percepita dal ciclista. Anche se non si verifica così frequentemente, il fenomeno è noto in ambito ciclistico ed in letteratura scientifica. È un argomento di forte attualità perché ancora non sono ben chiare le cause che portano alla nascita di queste vibrazioni. I principali elementi che contribuiscono al loro sviluppo sono la cedevolezza laterale del telaio e la deformazione degli pneumatici. Con il presente lavoro di tesi si vuole indagare il fenomeno tramite modelli matematici e simulazioni dinamiche in ambiente Dymola, riferendosi in particolare ad una bicicletta da corsa. I risultati ottenuti sono in accordo con i dati ricavati sperimentalmente da una precedente attività in cui è stata strumentata una bicicletta che manifesta lo shimmy.