Characterization and analysis of an electromechanical suspension for mountain bikes

The aim of this thesis is to characterize and, later on, analyze the performance of an electromechanical suspension (EMS) for mountain bikes. The hydraulic damper of the traditional rear suspension is now replaced by an electric motor with a ball screw transmission system which introduces the possibility to regulate the suspension’s behavior through a semi-active control, and to explore its potentiality to harvest energy from road irregularities. The thesis starts with a description of the state of the art and with an overview of the main solutions for energy harvesting in vehicles suspensions. The EMS is then modelled both on the mechanical (introducing the Full-Bike Model) and electrical sides. These models are then implemented in the Matlab’s Simulink - Simscape environment adopting a multi-body representation of both bike frame and cyclist’s body. To make the electromechanical model as close as possible to reality, a detailed identification process is performed, the identified parameters are then introduced into the model. The last part of the work is devoted to the analysis, in terms of energy efficiency and rider’s comfort, of the data obtained through the simulations of the now perfected bike + cyclist simulator.

L’obiettivo di questa tesi è quello di caratterizzare e, successivamente, analizzare le performance di una sospensione elettromeccanica (EMS) per mountain bike. Lo smorzatore idraulico della sospensione posteriore tradizionale è ora sostituito da un motore elettrico con trasmissione a vite a ricircolo che apre le porte alla possibilità di regolare il comportamento della sospensione attraverso un controllo semi-attivo e di esplorare le sue potenzialità nel recupero di energia dalle irregolarità della strada. La tesi inizia con una descrizione dello stato dell’arte e con una panoramica delle principali soluzioni per recuperare energia nelle sospensioni dei veicoli. La EMS è successivamente modellata sia sul punto meccanico (con l’introduzione del Full-Bike Model) che elettrico. Questi modelli sono poi implementati nell’ambiente Simulink – Simscape di Matlab adottando una rappresentazione multi-body sia per la bici che per il ciclista. Per rendere il modello elettromeccanico il più realistico possibile, è eseguito un dettagliato processo di identificazione, i parametri identificati sono poi introdotti nel modello. L’ultima parte del lavoro è dedicata all’analisi, in termini di efficienza energetica e di comfort del ciclista, dei dati ottenuti attraverso le simulazioni del simulatore di bici + ciclista ora perfezionato.