Analisi e progetto di una sospensione elettromeccanica per mountain bike

The goal of this thesis is the analysis and the design of an electromechanical suspension for mountain bike. The idea is to substitute a traditional hydraulic damper with an electromechanical actuator that can be controlled and can recover energy. The approach is to emulate a traditional suspension that is already on the market. The reach this goal, a new model of suspension system has been developed, in order to simulate better the real behavior of the suspension system. Then, the parameter of this model has been identified through a benchmark test and an optimization with the measures of a ride test. Later, the actuator has been designed in 2 versions: a light one and a heavier one. However, in both cases it is impossible to emulate the tested suspension with product already on the market. So, the damping characteristics has been modified and the dynamic properties of the new suspension has been evaluated. The lighter version, can’t guarantee a sufficient dynamic behavior: it is necessary to integrate it with a traditional system. Instead, with the heavier one, it is possible to obtain a fully satisfactory dynamic response.

L’obbiettivo di questa tesi è il progetto e l’analisi di una sospensione elettromeccanica per mountain bike. L’idea è quella di sostituire un tradizionale ammortizzatore idraulico con un attuatore elettromeccanico che possa essere controllato a piacere, consentendo anche il recupero energetico. L’approccio utilizzato è quello del tentativo di emulazione di una sospensione già presente nel mercato ciclistico. Per raggiungere tale fine, è stato necessario modellizzare adeguatamente il sistema sospensione. In questa tesi, si vedrà come il classico modello quarter-car non sia una buona approssimazione del sistema sospensione di una mountain bike; è stato pertanto fondamentale l’introduzione di un modello a 3 masse, sviluppato e validato nello svolgimento. Dopodiché si è proceduto all'identificazione dei parametri di tale modello. Attraverso una prova a banco della sospensione si sono identificati i parametri caratteristici della stessa; invece, per quanto riguarda i restanti parametri del modello, è stato necessaria un’ottimizzazione a partire dai dati di un ride test. Una volta trovato il modello soddisfacente si è proceduto al dimensionamento dell’attuatore in 2 versioni: uno più leggero (rispondendo a vincoli di peso) ed uno più pesante. L’architettura scelta per entrambi è quella della vite a ricircolo di sfere con motore rotativo. Nell'impossibilità di emulare la sospensione testata per entrambi gli attuatori, è stato necessario cambiare la caratteristica di smorzamento e valutare la dinamica della nuova sospensione attraverso il modello validato in precedenza. L’attuatore più leggero non offre una prestazione dinamica adeguata all’applicazione: è quindi necessario integrarlo con un sistema tradizionale, utilizzando il termine elettromeccanico come regolazione. Per quanto riguarda l’attuatore più pesante, si è riusciti ad ottenere una caratteristica di smorzamento totalmente soddisfacente.