Bicycle has become a very widespread means of transport in recent years, especially in urban areas; consequently, the need to equip these vehicles with modern safety systems has become increasingly evident, as they are not currently provided. Particularly important are the braking assistance systems (ABS), which help to reduce the braking distance and to avoid losing control of the vehicle. The consequences of a too strong braking actions are generally two: the lockup of the front wheel and the vehicle overturning. This work is focused on the control of this last phenomenon, in particular on the development of a system that allows the cyclist to return to a safety situation after the rear wheel lift-off (phenomenon called stoppie). The entire work has been developed on a mountain bike (MTB). The first problem that is faced is the recognition of the stoppie: it is in fact proposed an algorithm to recognize this condition on the basis of the integration of the only high frequency component of the \emph{pitch rate} (measured through an inertial platform), which provides an estimate of the value of pitch angle that does not diverge over time. The entire braking control system is based on a wheel deceleration controller. Once the algorithm for the recognition of the stoppie condition has been defined, a suitable activation control logic is defined. The purpose of the activation logic is to set a suitable deceleration reference able to bring the rear wheel in contact with the ground, that is to prevent the vehicle from overturning. The aforementioned logic also provides for the adaptation of the value imposed as a reference based to the pitch angle value reached during the intervention of the control system. Finally, in the last section of this work the estimate of the bicycle roll angle is achieved through a complementary filter, which combines the information coming from the inertial platform with the vehicle speed. The good results obtained make it suitable to be implemented in the future in the control logic, so as to be able to manage even the braking situations in turns, which require special attention.
La bicicletta è diventata negli ultimi anni un mezzo di trasporto molto diffuso, soprattuto in un ambiente urbano; di conseguenza si è resa sempre più evidente la necessità di dotare anche questi veicoli di moderni sistemi di sicurezza, di cui ad oggi non sono provvisti. Di particolare importanza sono i sistemi di assistenza alla frenata (ABS), che aiutano a ridurre lo spazio di frenata e ad evitare la perdità di controllo del veicolo. Le conseguenze di una frenata troppo brusca sono generalmente due: il blocco della ruota anteriore e il ribaltamento del veicolo. L'elaborato è incentrato sul controllo di quest'ultimo fenomeno, in particolare sullo sviluppo di un sistema che permetta al ciclista di ritornare in una situazione di sicurezza dopo che è avvenuto il sollevamento della ruota posteriore (fenomeno chiamato stoppie). L'intero lavoro è stato sviluppato su una mountain bike (MTB). Il primo problema che viene affrontato è quello del riconoscimento dello stoppie: viene infatti proposto un algoritmo atto al riconoscimento di questa condizione sulla base dell'integrazione della sola componente ad alta frequenza del pitch rate (misurato attraverso una piattaforma inerziale), che fornisce una stima del valore di pitch angle che non diverge nel tempo. L'intero controllo della frenata si basa su un controllore di decelerazione di ruota. Una volta definito l'algoritmo per il riconoscimento della condizione di stoppie, questo viene implementato nella logica di attivazione del controllo. Il compito della logica di attivazione è quello di fissare un riferimento di decelerazione adeguato a riportare la ruota posteriore in contatto con il terreno, cioè a impedire il ribaltamento del veicolo. La suddetta logica prevede inoltre di adattare il valore imposto come riferimento in base al valore di pitch angle raggiunto durante l'intervento del sistema di controllo. Infine, nell'ultima sezione di questo elaborato viene proposta la stima del \emph{roll angle} di una bicicletta tramite un filtro complementare, che unisce le informazioni provenienti dalla piattaforma inerziale con la velocità del veicolo. I buoni risultati ottenuti lo rendono adatto ad essere implementato in futuro nella logica di controllo, in modo da poter gestire anche le situazioni di frenata in curva, che richiedono un'attenzione particolare.
Analysis and development of an ABS for mountain bikes
VASILE, DARIA
2017/2018
Abstract
Bicycle has become a very widespread means of transport in recent years, especially in urban areas; consequently, the need to equip these vehicles with modern safety systems has become increasingly evident, as they are not currently provided. Particularly important are the braking assistance systems (ABS), which help to reduce the braking distance and to avoid losing control of the vehicle. The consequences of a too strong braking actions are generally two: the lockup of the front wheel and the vehicle overturning. This work is focused on the control of this last phenomenon, in particular on the development of a system that allows the cyclist to return to a safety situation after the rear wheel lift-off (phenomenon called stoppie). The entire work has been developed on a mountain bike (MTB). The first problem that is faced is the recognition of the stoppie: it is in fact proposed an algorithm to recognize this condition on the basis of the integration of the only high frequency component of the \emph{pitch rate} (measured through an inertial platform), which provides an estimate of the value of pitch angle that does not diverge over time. The entire braking control system is based on a wheel deceleration controller. Once the algorithm for the recognition of the stoppie condition has been defined, a suitable activation control logic is defined. The purpose of the activation logic is to set a suitable deceleration reference able to bring the rear wheel in contact with the ground, that is to prevent the vehicle from overturning. The aforementioned logic also provides for the adaptation of the value imposed as a reference based to the pitch angle value reached during the intervention of the control system. Finally, in the last section of this work the estimate of the bicycle roll angle is achieved through a complementary filter, which combines the information coming from the inertial platform with the vehicle speed. The good results obtained make it suitable to be implemented in the future in the control logic, so as to be able to manage even the braking situations in turns, which require special attention.File | Dimensione | Formato | |
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