Identification and improvement of the dynamic properties of the components of two-wheeled vehicles

Single track vehicles dynamic is a very complex topic that involves many different branches of the scientific knowledge, such as vibration mechanics, stability and control, materials science and biomechanics. Although the first studies on the stability of a single track vehicle were carried out at the end of the XIX century, the technological progress that has improved the properties of the employed materials and the craving for better performances oblige the scientific world to an everlasting research activity, carried out both on whole vehicles and on single components. This Ph. D. thesis summarizes the research activities carried out at the Motorcycle Dynamics Research Group of the University of Padova and describes the tested mechanical components, the testing equipments, the experimental data, the elaboration criteria and the final results obtained after a three years work. The experimental methodologies employed in order to carry out the research activities are presented in the first chapter. Both the hardware and the software of each experimental bench will be described. In addition, the theoretical principles on which the testing rigs are based and the principles with which it processes the output of the measuring sensors will be illustrated. Subsequent chapters shift the focus on the results obtained on the various analyzed components. The second chapter presents the results of the tests carried out on motorcycles frames , with or without engine; the third chapter describes the results of the measurements made on motorcycles swingarms; the fourth chapter describes the results of tests performed on motorcycle front forks; the fifth chapter presents the results of tests conducted on front and rear motorcycle and scooter tires; shifting the attention to another type of two-wheeled vehicle, the sixth chapter presents the results of the tests carried out on bicycles and bicycle components. Finally, the seventh chapter describes the results of measurements conducted on tires typically used for wheelchairs.

La dinamica dei veicoli a due ruote è un campo di studio molto complesso poiché interessa numerosi ambiti del sapere scientifico, dalla meccanica delle vibrazioni al controllo dei sistemi, dalla biomeccanica all’ingegneria dei materiali. Nonostante i primi studi siano stati condotti già sul finire del XIX secolo, il progresso tecnologico che negli anni ha stravolto la natura dei materiali utilizzati e il desiderio di prestazioni sempre più “al limite” impongono una incessante attività di ricerca, condotta sia su veicoli interi che su loro singoli componenti. Questa tesi di dottorato raccoglie le attività di ricerca condotte nel Motorcycle Dynamics Research Group dell’Università degli Studi di Padova, descrivendo i componenti meccanici analizzati, i banchi di misura, i dati sperimentali, i criteri di elaborazione e i risultati a cui si è arrivati in tre anni di lavoro. Nel primo capitolo sono descritte tutte le metodologie sperimentali che sono state adottate nel condurre le attività di ricerca in laboratorio. Per ogni banco di misura, verrà fornita una descrizione dei componenti fisici e dei programmi informatici. Inoltre, verranno descritti i principi teorici alla base del funzionamento del banco e i principi con cui si elaborano i dati in uscita dai sensori di misura. I successivi capitoli spostano l’attenzione sui risultati ottenuti sui vari componenti analizzati. Il secondo capitolo raccoglie i risultati dei test condotti su telai da motociclette, con e senza motore; il terzo capitolo descrive i risultati delle misurazioni effettuate su forcelloni di motociclette; il quarto capitolo descrive i risultati dei test condotti su forcelle anteriori da motocicletta; nel quinto capitolo sono presentati i risultati dei test condotti su pneumatici anteriori e posteriori di motocicletta e da scooter; spostando l’attenzione su un altro tipo di veicolo a due ruote, il sesto capitolo raccoglie i risultati dei test condotti su biciclette e su loro componenti. Per ultimo, il settimo capitoli descrive i risultati delle misure condotte su tipici pneumatici usati per sedie a rotelle.