Banco de pruebas para validar sistemas de frenado antibloqueo en bicicletas eléctricas

Las bicicletas eléctricas están ganando cada vez más popularidad para una variedad de aplicaciones personales y comerciales. La seguridad es importante para estos vehículos, por lo que la industria de bicicletas eléctricas ha comenzado a adoptar el sistema de frenado antibloqueo (ABS). Sin embargo, probar los ABS en bicicletas eléctricas es difícil, especialmente en las etapas iniciales de validación en carretera, ya que frenar bruscamente bloqueando la rueda delantera representa un riesgo para el ciclista.

Para superar este desafío, el profesor Emmanuel Viennet de la Facultad de Ingeniería de Friburgo (HES-SO Fribourg) en Suiza decidió construir un banco de pruebas de hardware-in-the-loop (HIL) que permite la validación segura, confiable y reproducible del ABS de bicicletas eléctricas en un laboratorio. El equipo del profesor Viennet creó un modelo de Simulink^® de la planta de una bicicleta eléctrica escribiendo las ecuaciones desde cero. Los parámetros para la transmisión de fuerza a las pinzas de freno, el coeficiente de fricción entre los discos y las pastillas de freno, y el comportamiento de la suspensión se identificaron a partir de mediciones realizadas en una bicicleta real con el ABS desactivado. El equipo descubrió que la velocidad de la rueda delantera simulada, la desaceleración y la aceleración longitudinal coincidían estrechamente con los resultados obtenidos con la bicicleta real. A partir de este modelo de Simulink validado, se generó código y se descargó a una plataforma Speedgoat^® en tiempo real, interconectada con el hardware del ABS.

El banco de pruebas físico incluye un manillar con una palanca de freno delantero hidráulico accionada por un cilindro neumático. Un sensor detecta la fuerza en la pinza de freno y actúa como única entrada a la bicicleta eléctrica virtual. Una rueda fónica, impulsada por un motor eléctrico y una señal del modelo en tiempo real, simula la rotación de la rueda delantera para generar la señal del sensor de velocidad para el ABS. Además, el modelo en tiempo real simula la unidad de medición inercial incorporada calculando la aceleración de la bicicleta eléctrica y transmitiéndola al hardware de ABS a través de un mensaje de CAN utilizando la librería de controladores de E/S de Speedgoat.

El modelo de bicicleta es totalmente personalizable, lo que permite adaptarlo a cualquier tipo de bicicletas eléctricas o distribución de peso. Se puede integrar con sistemas ABS existentes de diferentes proveedores y permite la automatización de pruebas. Los fabricantes de bicicletas eléctricas y de ABS pueden usarlo para validar rápidamente el rendimiento de forma cuantitativa, segura y reproducible para numerosos casos de prueba. La experiencia adquirida por el equipo de HES-SO se puede usar en futuros proyectos de desarrollo en las industrias de automoción y maquinaria de construcción.