Innovating gravel bike suspensions: a comprehensive analysis and development through experimental data

Over the past few years, the bicycle market has been undergoing a transformation, with a focus on innovative solutions aimed at enhancing the performance and comfort of these vehicles. For decades, suspension components have become crucial elements in the mountain biking industry, and in recent years, they have also begun to find their place in the gravel bike market. HiRide was conceived in this emerging market, introducing its initial and subsequent generation of gravel bike suspension, designated as MK1 and MK2, respectively. This paper addresses the design and testing of the damper and elastic components within the HiRide MK2 suspension system. Various solutions for creating elastic elements, including air springs and helical coil springs, are explored, with a comprehensive assessment of their respective advantages and disadvantages. The helical coil spring is selected as the preferred elastic medium, and detailed sizing considerations are presented. Subsequently, a model is introduced to elucidate the functioning and interaction of the elastic components within the suspension system. The accuracy of the model's predictions is validated by comparing force-displacement curves predicted with data acquired from dedicated testing on a specialized bench. Moving forward, the design of the MK2 damper is examined, followed by rigorous testing on a separate bench. Modifications are made as necessary to achieve the desired damping curves for all three available damping levels available to the rider within the MK2 system. Notably, the initial damper design encompasses different versions of its core components, which are tested and analyzed to evaluate their respective impacts on performance and the shape of damping curves.

Negli ultimi anni, il mercato delle biciclette ha subito una significativa evoluzione, con un'attenzione particolare rivolta a soluzioni innovative mirate a migliorare le prestazioni e il comfort di questi mezzi. Nel settore delle mountain bike, le sospensioni sono diventate elementi fondamentali da decenni, e recentemente hanno iniziato a conquistare un ruolo anche nel mercato delle biciclette gravel. È in questo contesto emergente che HiRide ha fatto il suo ingresso, presentando le sue due sospensioni per biciclette da gravel, denominate MK1 e MK2 rispettivamente. Questa tesi si concentra sulla progettazione e la verifica dei componenti di smorzamento ed elastici all'interno della sospensione MK2 prodotta da HiRide. Vengono esaminate diverse opzioni per gli elementi elastici, incluse le sospensioni ad aria e le molle elicoidali, con un'analisi dettagliata dei relativi vantaggi e svantaggi. La molla elicoidale è infine scelta come la più idonea alla applicazione. viene presentato, perciò, il processo seguito per il suo dimensionamento. In seguito, viene introdotto un modello per chiarire il funzionamento e l'interazione dei componenti elastici all'interno della sospensione. La precisione delle previsioni del modello viene convalidata mediante il confronto delle curve forza-spostamento ottenute da esso con i dati acquisiti tramite una campagna di acquisizione su un banco dedicato. Infine, viene esaminata la progettazione dello smorzatore MK2, seguita da una serie di rigorosi test condotti su una ulteriore banco. Al fine di ottenere le curve per i tre livelli di smorzamento disponibili al rider all'interno del sistema MK2 il design dello smorzatore è opportunamente modificato. La progettazione iniziale dell'ammortizzatore comprende diverse versioni dei suoi principali componenti, che vengono testate ed analizzate al fine di valutarne l'effetto sulle prestazioni e sulla forma delle curve di smorzamento.