Analisi e sviluppo di un sistema di controllo della pedalata per una bicicletta senza catena

In this thesis, an analysis of energy flows and a pedaling control for a chainless series-hybrid bicycle are presented. The analysis quantifies the energy loss due to the use of electric motors, according to their efficiency of operation, and determines also the efficiency of the vehicle itself. In particular, some tests on a classic bicycle are analyzed and studied the energy flows in the case of the chainless bicycle, to achieve the same velocity profile attained in the tests. The results are then compared. Another development is about proposing a pedaling control, aimed to decrease pedal speed variations and increasing the pedaling efficiency of man. It also explores the idea of ​​modifying the sensations of pedaling, emulating the behavior of a bicycle with different characteristics. To control and influence the sensations, is presented a speed control loop, with the addition of a filter for influencing the relationship between the torque imposed by the man and the instantaneous speed of the pedals. A final chapter is presented for the estimation of the pedals position, which is necessary in case of lack of position sensors.

In questa tesi sono presentate un'analisi dei flussi energetici e il controllo di pedalata per una bici ibrido serie senza catena. L’analisi qui svolta quantifica la perdita di energia dovuta all’utilizzo di motori elettrici, in base cioè alla loro efficienza di funzionamento, determinando anche l'efficienza del veicolo stesso. In particolare, sono analizzate delle prove di pedalata su bici con catena e studiati i flussi energetici nel caso della bici chainless (senza catena), per ottenere lo stesso profilo di velocità raggiunto nelle prove. I risultati vengono infine confrontati. Altro sviluppo consiste nel proporre un controllo di pedalata, mirato a diminuire le variazioni di velocità durante l’intero giro pedali e aumentando l’efficienza di pedalata dell’uomo. Si valuta, inoltre, l’idea di modificare le sensazioni di pedalata, emulando il comportamento di una bici con differenti caratteristiche. Per controllare tale pedalata e per influire sulle sensazioni, viene quindi presentato un anello di controllo di velocità, con l'aggiunta di un filtro, per influenzare la relazione tra la coppia imposta dall'uomo e la velocità istantanea dei pedali. Un ultimo capitolo viene presentato per la stima della posizione dei pedali, necessaria in caso di mancanza di sensori di posizione.