Analysis of coordinated front and rear braking actuation for ABS in e-bikes

The growing use of bicycles as a means of transport has made it necessary to develop and implement safety systems to protect people during their use. One of the them is the anti-lock braking system (ABS), which provides assistance during braking, avoiding safety-critical situations, such as loss of steering ability and nose-over motion, while simultaneously reducing braking space. This safety system has mainly been adopted on motorcycles and cars, while its use on bicycles is still very limited. The diffusion of ABS, even on this category of vehicles, would protect the cyclist and ensure maneuverability of the vehicle even during sudden braking. The work described in this thesis aims to improve some aspects related to ABS actuation. Starting with the analysis of a re-designed hydraulic actuator, more compact and cheaper than its previous version, the associated low-lever control has been finely tuned, improving actuation reactivity and general performance of the ABS system. Afterwards, an innovative actuation architecture has been analyzed: it is based on the repartition of the braking action, decided by the cyclist through a single brake lever, between front and rear wheel. The influence of a static braking action distribution on performance and safety was initially analyzed, with the aim of finding the optimal repartition from which to start, in future works, the development of a new actuator and the corresponding control logic. The analysis was then extended by considering the dynamics of this type of architecture, comparing it with other actuation solutions.

Il crescente utilizzo di biciclette come mezzo di trasporto ha reso necessario lo sviluppo e l'impiego di sistemi di sicurezza per tutelare le persone durante il loro utilizzo. Tra questi vi è il sistema anti bloccaggio (ABS), che fornisce assistenza durante la frenata, andando ad evitare situazioni critiche per la sicurezza, come la perdita di capacità sterzante e il ribaltamento della bicicletta, e riducendo contemporaneamente lo spazio di frenata. Questo sistema di sicurezza è stato principalmente adottato su motociclette e automobili, mentre il suo utilizzo su biciclette è ancora molto ridotto. La diffusione dell'ABS anche su questa categoria di veicoli tutelerebbe il ciclista e garantirebbe la manovrabilità del mezzo anche durante brusche frenate. Il lavoro presentato in questa tesi ha lo scopo di migliorare alcuni aspetti legati all'attuazione del controllo ABS. Partendo dall'analisi di un attuatore idraulico recentemente riprogettato, più compatto ed economico rispetto alla sua versione precedente, il controllo di basso livello ad esso associato è stato adeguatamente tarato, velocizzando i tempi d'attuazione e migliorando le prestazioni generali del sistema ABS. Successivamente si è studiata un'architettura d'attuazione innovativa, basata sulla ripartizione dell'azione frenante decisa dal ciclista, tramite una singola leva del freno, tra la ruota anteriore e quella posteriore. E' stata analizzata inizialmente l'influenza di una ripartizione statica dell'azione frenante sulle prestazioni e sulla sicurezza di frenata, con lo scopo di trovare la ripartizione ottima da cui partire per sviluppare un futuro attuatore e la corrispondente logica di controllo. L'analisi poi è stata estesa considerando la parte dinamica legata a questo tipo di architettura, confrontandola con altri sistemi di attuazione.