Workflow development: study of the influence of an entire pedaling cycle on the stresses of an eBike motor, considering triaxial forces and electric assistancev
2026 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Utveckling av arbetsflöden: undersökning av hur en hel trampcykel påverkar de mekaniska påfrestningarna på en elcykelmotor, med hänsyn till treaxliga krafter och elassistans (Swedish)
Abstract [en]
This work aims to develop an alternative working method, implemented to analyse the mechanical strength of an eBike electric motor. It also presents a comprehensive analysis of the influence of a complete pedaling cycle, on the stress state of an eBike motor: the drive unit. In contrast to conventional norm tests based on static or simplified load conditions, the proposed approach considers the full temporal variability of the loads induced by the cyclist's pedaling dynamics, considering also the induced stresses of the electric assistance on the motor. The study emphasizes the effects of considering triaxial stress states during electric motor operation, with respect to the 1D force standard tests conducted so far by BOSCH eBike, evaluating how significant triaxiality is in practice. Furthermore, it consists of developing an automated workflow corresponding to an in-house norm standard test, applicable and adaptable to all BOSCH electric motors.To address this, the workflow which is developed integrates real-life load cycle data treatment, finite element stress analysis thanks to the software Abaqus, Abaqus subroutines creation and use. A significant part of the study is also devoted to the complete automation of the work routine. The methodology enables the identification of critical stress regions and provides a map of the stresses on the drive unit throughout the realistic pedaling cycle. In addition, it makes it possible to identify the main sources of stress on the electric motor and to conclude that ISO standard tests are more conservative than the tests performed in the scope of this study: triaxiality of pedal forces and electric assistance induced forces have a limited impact on the drive unit in the case of this work.
Abstract [sv]
Syftet med detta arbete är att utveckla en alternativ arbetsmetod för att analysera mekanisk hållfasthet hos en elmotor i en elcykel. Arbetet presenterar också en omfattande analys av hur en fullständig trampcykel påverkar belastningen på en elcykelmotor: drivenheten. Till skillnad från konventionella normtest baserade på statiska eller förenklade belastningsförhållanden, beaktar den föreslagna metoden den fullständiga tidsvariationen hos de belastningar som induceras av cyklistens trampdynamik, med hänsyn tagen även till de inducerade spänningarna från den elektriska assistansen på motorn. Studien betonar effekterna av att beakta triaxiala spänningstillstånd under elmotordrift med avseende på de endimensionella kraftstandardtester som hittills utförts av BOSCH eBike och utvärderar hur betydelsefull triaxialitet är i praktiken. Dessutom består den av att utveckla ett automatiserat arbetsflöde som motsvarar ett internt normstandardtest, som är tillämpligt och anpassningsbart till alla BOSCH-elmotorer.För att lösa detta integrerar det utvecklade arbetsflödet behandling av verkliga belastningscykeldata, finita element-spänningsanalys tack vare programvaran Abaqus, skapande och användning av Abaqus-subrutiner. En betydande del av studien ägnas också åt fullständig automatisering av arbetsrutinen. Metoden möjliggör identifiering av kritiska spänningsområden och ger en karta över spänningarna på drivenheten under en realistisk trampcykel. Dessutom gör den det möjligt att identifiera de viktigaste källorna till spänningar på elmotorn och dra slutsatsen att ISO-standardtesterna är mer konservativa än de tester som utförts inom ramen för denna studie: treaxialiteten hos pedalkrafterna och de krafter som induceras av den elektriska assistansen har en begränsad inverkan på drivenheten i detta fall.
Place, publisher, year, edition, pages
2026.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2026:049
Keywords [en]
Drive unit, triaxial stresses, finite element analysis, pedaling cycle, mechanical strength, simulation, automation, Python, FORTRAN, Shell Script
Keywords [sv]
Drivenhet, triaxiala spänningar, finita elementanalys, pedalcykelrörelse, motstånd, simulering, automatisering, Python, FORTRAN, Shell Script
National Category
Vehicle and Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-382592OAI: oai:DiVA.org:kth-382592DiVA, id: diva2:2063326
External cooperation
BOSCH eBikes
Subject / course
Vehicle Engineering
Educational program
Master of Science in Engineering - Vehicle Engineering
Supervisors
Examiners
2026-05-292026-05-282026-05-29Bibliographically approved