Analisi e sviluppo di un sistema di stabilizzazione giroscopica per veicoli a due ruote

A two-wheeled vehicle, at zero forward speed, is intrinsically unstable around its vertical equilibrium position. Stabilizing such a vehicle would make the driving experience safer and more comfortable in the urban environment, where the typical trend is “start and stop”. Indeed, if the vehicle is stabilized, the driver is no more forced to rest his feet on the ground every time he has to stop at a crossroad. This thesis project concerns the stabilization of a motorcycle and a city-bike, exploiting the principle of the conservation of angular momentum. Consider a flywheel rotating at constant angular velocity around its axis of polar symmetry. Such a flywheel is constrained to the vehicle in a manner that, by changing the direction of the axis of rotation, a torque around the longitudinal axis of the vehicle is generated. Controlling the direction of the axis of rotation, it is possible to stabilize the vehicle.

Un veicolo a due ruote, a velocità lineare nulla, è intrinsecamente instabile attorno alla posizione di equilibrio verticale. Stabilizzare il veicolo attorno alla suddetta posizione di equilibrio, renderebbe la guida più sicura e confortevole in un contesto urbano, dove il tipico andamento è “start and stop”. Stabilizzando il veicolo, il guidatore non ha più la necessità di appoggiare i piedi a terra ogni volta che è costretto a fermarsi ad un incrocio. Il progetto di tesi, presentato in questo documento, ha come scopo lo studio di un sistema per stabilizzare due tipici veicoli urbani a due ruote: un motociclo e un e-bike. Il principio fisico che si vuole sfruttare è la conservazione del momento angolare. Si pensi ad un volano posto in rotazione, a velocità costante, attorno al proprio asse di simmetria polare. Il volano è vincolato al corpo del veicolo in modo tale che, cambiando la direzione dell’asse di rotazione del primo, venga generata una coppia attorno all'asse longitudinale di quest’ultimo. L’obiettivo è quello di stabilizzare il veicolo controllando la direzione dell’asse di rotazione del volano.