Controllo di una bicicletta elettrica serie-parallelo basato su un modello virtuale

Nowadays, electric pedal assisted bicycles are present all over the world, and most of them have a parallel type architecture. A new series-parallel configuration represents a cutting edge alternative. This type of solution decouples the cyclist from the dynamics of the bicycle, consequently adding a degree of freedom for controlling the dynamics behavior. The goal of this thesis is implementing new control strategies, aiming at imposing a virtual dynamics on the bicycle, so that the cyclist has the feeling of riding a different bicycle, whose parameters are freely chosen by the user. Open loop control techniques are first developed, based on the impedance control. Once the correct functioning of these is verified, new strategies are developed to make the dynamics control more robust with respect to vehicle parameters and cyclist. In particular, two methods are used based on Self-tuning and Internal Model Control, respectively. In this way, the good behavior of the first strategies is further improved in performance and made more robust, while not compromising the driving feelings. All the developed strategies are experimentally tested and validated with a real prorotype ridden by a cyclist on the road.

Oggigiorno, le biciclette elettriche a pedalata assistita sono presenti in tutto il mondo e la maggior parte di esse ha un'architettura di tipo parallelo. Una nuova configurazione di tipo serie-parallelo rappresenta un'innovativa alternativa. Questo tipo di soluzione disaccoppia il ciclista dalla dinamica della bicicletta, aggiungendo di conseguenza un grado di libertà per il controllo del comportamento dinamico. L'obiettivo di questa tesi è implementare nuove strategie di controllo, volte ad imporre una dinamica virtuale alla bicicletta, in modo che il ciclista abbia la sensazione di guidare una bicicletta diversa, i cui parametri sono liberamente scelti dall'utente. Vengono dapprima sviluppate tecniche di controllo in anello aperto, basate sul controllo dell'impedenza. Una volta verificato il corretto funzionamento di questi, vengono sviluppate nuove strategie per rendere più robusto il controllo della dinamica rispetto ai parametri del veicolo e del ciclista. In particolare vengono utilizzate due metodologie basate rispettivamente sul Self tuning e sul controllo con modello interno. In questo modo il buon comportamento delle prime strategie viene ulteriormente migliorato nelle prestazioni e reso più robusto, pur non compromettendo le sensazioni di guida. Tutte le strategie sviluppate sono sperimentalmente testate e validate con un prototipo condotto da un ciclista su strada.