Analisi e sviluppo degli algoritmi di stima e controllo per la gestione di una bicicletta a pedalata assistita energeticamente autonoma

In questo lavoro di tesi si analizzano e discutono gli algoritmi di controllo e di stima sviluppati per la gestione di una bicicletta marcatamente "ibrida" qual è Bike+. Ibrida perchè a differenza di una normale bici elettrica essa non deve essere mai ricaricata: essa si distingue per essere energeticamente autonoma, gestendo i soli flussi di potenza tra ciclista e motore elettrico. Il primo obiettivo raggiunto in questo progetto è infatti lo sviluppo di un sistema di controllo che gestisca i flussi energetici e garantisca il mantenimento dello stato di carica della batteria per tragitti urbani standard di durata considerevole. Parallelamente i risultati ottenuti mostrano anche che i parametri metabolici del ciclista, o meglio il suo rendimento, vengano migliorati e incrementati, esattamente come succede nel caso di un veicolo ibrido che va a ottimizzare il rendimento del motore termico tramite l'ausilio del propulsore elettrico. In questo caso è stato dimostrato che l'efficienza metabolica aumenta quasi del 15%, riducendo notevolmente la fatica percepita. La seconda parte della tesi è invece improntata all'analisi delle logiche di gestione ibrida, ovvero dell'asservimento da parte del motore. In particolare si è dimostrato come sia necessario stimare correttamente la pendenza stradale: si mostra quindi un algoritmo, sviluppato ad hoc utilizzando un accelerometro triassiale montato sulla bicicletta, le cui prestazioni sono risultate essere paragonabili a quelle di un filtro di Kalman esteso classicamente utilizzato per la stima di angoli di assetto a partire da una piattaforma inerziale completa anche di girometri. Infine, si è sviluppato un algoritmo attraverso il quale è possibile stimare la coppia realmente applicata ai pedali, punto di partenza per logiche di asservimento più raffinate basate sugli sforzi impulsivi del ciclista.