Design of a system for the real-time pressure control of mountain bikes front tyres

The aim of this thesis work is the development of a new system in the field of mountain bikes which can significantly improve ride comfort and road holding. The idea of this project comes from the growth of the mountain bikes market. The developed project is a system for monitoring and adjusting the pressure of the front tyre of mountain bikes while the wheel is rotating, without stopping the run. In the common use of mountain bikes happens to encounter different kinds of soils; for this reason, the ideal working tyre pressure changes many times during a course. While driving on rough terrains, it is advisable to reduce the pressure inside the tyres to achieve greater grip on the ground and to increase the ride comfort. While when the ground is compact a low tyre pressure causes a reduction of the energy efficiency. More energy is dissipated due to the greater friction between tyre and soil, caused by the greater footprint of the tyre in the case of low pressure. The objective of this project is to provide to mountain bikers a system that can change the tyre pressure while the bike is running to improve the performance and to achieve the advantages of both a low pressure tyres and a high pressure tyres. The thesis follows a product development scheme which has been implemented to organize the steps needed to design the system. The market analysis was carried out to choose where focus the design process. Once defined the field of development, the system requirements have been defined, considering the needs of the mountain bikers. The system must be light, easy to apply on existing bikes to enhance its diffusion and easy to use. The target was that the designed prototype would achieve all the defined requirements, taking into consideration feasibility and cost. The requirements of ease of use and ease of application was met by designing a device that can be mounted on the handlebar of already existing mountain bikes. CO2 cartridges were chosen to guarantee availability of gas refilling and limited weight for the system. Taking inspiration from recent innovations in the mountain bike field, it was chosen to place the device on the handlebar and to actuate the system with the thumb, like it is done for modern gearshifts. The following phase was the prototype design, the materials and the production technologies for the system were selected. The detailed description of the methods to achieve the sealing and the movements of the valves, with the calculations of the forces, explains how the final configuration of the prototype guaranteed to reach the targets.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è lo sviluppo di un nuovo sistema nel campo delle mountain bike che possa migliorare significativamente il comfort di marcia e la tenuta di strada. L'idea di questo progetto nasce dalla crescita del mercato delle mountain bike. Il progetto sviluppato è un sistema per il monitoraggio e la regolazione della pressione della gomma anteriore delle mountain bike mentre la ruota gira, senza interrompere la corsa. Nell'uso abituale delle mountain bike si incontrano diversi tipi di terreni; per questo motivo, la pressione di lavoro ideale degli pneumatici cambia molte volte durante il percorso. Durante la guida su terreni accidentati si consiglia di ridurre la pressione all'interno degli pneumatici per ottenere una maggiore aderenza al suolo e aumentare il comfort di marcia. Al contrario, quando il terreno è compatto una bassa pressione degli pneumatici provoca una riduzione dell'efficienza energetica. Più energia viene dissipata a causa del maggiore attrito tra pneumatico e suolo, causato dalla maggiore impronta del pneumatico in caso di bassa pressione. L'obiettivo di questo progetto è fornire ai ciclisti un sistema in grado di modificare la pressione dei pneumatici mentre la bici è in funzione per migliorare le prestazioni e ottenere sia i vantaggi degli pneumatici a bassa pressione sia degli pneumatici ad alta pressione. La tesi segue uno schema di sviluppo del prodotto che è stato implementato per organizzare le fasi necessarie per progettare il sistema. L'analisi di mercato è stata effettuata per scegliere dove focalizzare il processo di progettazione. Una volta definito il campo di sviluppo, sono stati definiti i requisiti del sistema, tenendo in considerazione le esigenze degli appassionati di mountain bike: il sistema deve essere leggero, facile da applicare sulle bici già esistenti per migliorare la sua diffusione e facile da usare. L'obiettivo è che il prototipo progettato raggiungesse tutti i requisiti definiti, tenendo in considerazione la fattibilità e i costi. I requisiti di facilità d'uso e facilità di applicazione sono stati soddisfatti progettando un dispositivo che può essere montato anche sul manubrio delle mountain bike già esistenti. Si è scelto di utilizzare le cartucce di CO2 per garantire la disponibilità di rifornimento di gas e limitare il peso del sistema. Ispirandosi alle recenti innovazioni nel campo delle mountain bike, è stato scelto di posizionare il dispositivo sul manubrio e di azionare il sistema con il pollice, come avviene per i moderni cambi di marcia. La fase successiva è stata la progettazione del prototipo, scegliendo i materiali e le tecnologie di produzione per le parti che compongono il sistema. La descrizione dettagliata dei metodi per ottenere la tenuta e il movimento delle valvole, con i relativi calcoli delle forze, spiega come la configurazione finale del prototipo ha garantito il raggiungimento degli obiettivi.