Analysis and control design of an electromechanical suspension for mountain bikes

This thesis is a part of a project with the objective of the design of an electromechanical suspension for moutain bikes, in which semi active control strategy may be applied and also recovery of energy from the movement of the vehicle can be performed. It is devoted to first analyzed the system dynamics, which required the selection of a model to describe the physical arrangement, that task was accomplished by means of an optimization process in order to properly tune the parameters of the model, and the characterization of the main components of the proposed suspension, that was achieved by a series of experiments with the elements of the damper. From that, both time and frequency analysis are carried out, examining how the modulation of the shock absorber behavior influences the overall response of the system. After those evaluations, a control design procedure could be executed with different approaches, in particular, comfort oriented semi-active control strategies were discussed within a skyhook framework, allowing the verification of the effectiveness of applying such methods to improve the performance of the system in terms of comfort to the rider.

Questa tesi fa parte di un progetto con l'obiettivo di progettare una sospensione elettromeccanica per un mountain bike, in cui si può essere applicata una strategia di controllo semi-attiva e anche il recupero di energia dal movimento del veicolo. Si dedica inizialmente ad analizzare la dinamica del sistema, che ha richiesto la selezione di un modello per descrivere la organizzazione fisica, questo compito è stato stati realizzato mediante un processo di ottimizzazione al fine di tarare correttamente i parametri del modello, e la caratterizzazione dei principali componenti della sospensione proposta, che è stata raggiunta da una serie di esperimenti con gli elementi dell'ammortizzatore. Da ciò, vengono eseguite analisi sia nel tempo che in frequenza, esaminando come la modulazione del comportamento dell'ammortizzatore influenza la risposta generale del sistema. Dopo tali valutazioni, una procedura di progettazione di controllo può essere eseguita con approcci diversi, in particolare, le strategie di controllo semi-attivo orientate al comfort sono state discusse all'interno di un framework skyhook, permettendo la verifica dell'efficacia dell'applicazione di tali metodi per migliorare le prestazioni del sistema in termini di conforto per il ciclista.