Costruzione di un banco di prova per validare i sistemi di frenata antibloccaggio sulle bici elettriche

Le bici elettriche stanno riscuotendo sempre più successo per una vasta gamma di applicazioni personali e aziendali. La sicurezza è una questione importante per questi veicoli, per questo il settore delle bici elettriche ha iniziato ad adottare la tecnologia del sistema frenante antibloccaggio (ABS). Tuttavia, testare l'ABS sulle bici elettriche è difficile, soprattutto nelle fasi iniziali della validazione su strada, poiché una frenata brusca con bloccaggio della ruota anteriore rappresenta un rischio per il ciclista.

Per superare questa sfida, il professor Emmanuel Viennet della Fribourg School of Engineering (HES-SO Fribourg) in Svizzera ha deciso di costruire un banco di prova Hardware-In-the-Loop (HIL) che consente una validazione sicura, affidabile e riproducibile dell'ABS sulle bici elettriche in laboratorio. Il team del professor Viennet ha creato un modello di impianto Simulink^® di una bici elettrica scrivendo le equazioni da zero. I parametri per la trasmissione della forza alle pinze dei freni, il coefficiente di attrito tra dischi e pastiglie dei freni e il comportamento delle sospensioni sono stati identificati tramite misurazioni effettuate su una moto reale con ABS disattivato. Il team ha scoperto che la velocità simulata della ruota anteriore, la decelerazione e l'accelerazione longitudinale corrispondevano molto ai risultati ottenuti dalla bici reale. Da questo modello Simulink validato, il codice è stato quindi generato e scaricato su una macchina in tempo reale Speedgoat^®, a sua volta interfacciata con l'hardware ABS.

Il banco di prova fisico comprende un manubrio con una leva del freno anteriore idraulica azionata da un cilindro pneumatico. Un sensore rileva la forza esercitata sulla pinza del freno, fungendo da unico input per la bici elettrica virtuale. Una ruota fonica, azionata da un motore elettrico e da un segnale proveniente dal modello in tempo reale, simula la rotazione della ruota anteriore per generare il segnale del sensore di velocità per l'ABS. Inoltre, il modello in tempo reale simula l'unità di misura inerziale integrata calcolando l'accelerazione della bici elettrica e trasmettendola all'hardware ABS tramite un messaggio CAN utilizzando la libreria driver I/O Speedgoat.

Il modello di bici è completamente personalizzabile, consentendo di adattarlo a qualsiasi tipo di e-bike o distribuzione del peso. Può essere integrato con i sistemi ABS esistenti di diversi fornitori e consente l'automazione dei test. I costruttori di bici elettriche e i produttori di ABS possono utilizzarlo per validare rapidamente le prestazioni in modo quantitativo, sicuro e riproducibile per numerosi casi di prova. Le competenze acquisite dal team HES-SO saranno utilizzate in futuri progetti di sviluppo nei settori automotive e delle macchine edili.