Die Multibody-Simulation ist ein hervorragendes Instrument, um Motorradfahrdynamiken analysieren und verstehen zu koennen. Die Haeufigkeit ihrer Nutzung ist in letzten Jahren sehr schnell angestiegen. Abgesehen von dem mathematischen Fahrzeugmodell ist ein virtueller Fahrer notwendig, um das Motorradfahren zu simulieren. Dies liegt in der "instabilen Natur" von Einspurfahrzeugen, die die Simulation insbesondere bei "Open- Loop-Manoevern" erschwert. Das Problem, einen virtuellen Motorradfahrer zu entwickeln, wurde in der Literatur bereits behandelt. Die meisten der vorgeschlagenen Kontroll-Algorithmen erfuellten jedoch ihre Bestimmung, ohne die physiologischen Grenzen des Fahrers in Betracht zu ziehen. Die Ziele der hier aufgefuehrten Forschungsergebnisse zeigen eine erste Entwicklung eines realistischen virtuellen Motorradfahrers, der auf Experimenten und der simulatorischen Umsetzung zusammen mit einem detaillierten Multibody-Modell eines Motorrades basiert. Besondere Akzente wurden darauf gelegt, das Fahrermodell so einfach wie moeglich zu gestalten, um den spaeteren Steuerungsentwurf zu vereinfachen. Dazu wurden reale Fahrerbewegungen unter Laborbedingungen mit der "Motion Analysis Technik" gemessen. Um fuer die spaetere Analyse gueltige Datensaetze zu erhalten, waren an diesem Experiment mehrere freiwillige Probanden beiderlei Geschlechts mit unterschiedlichen Fahrerfahrungen und verschiedener Statur beteiligt. Der virtuelle Fahrer steuert die Richtungen des Motorrades mittels eines Drehmoments am Lenker sowie seiner Koerperbewegung. Fuer die derzeitige Forschung wurde der Oberkoerper des Fahrers durch ein stehendes Pendel modelliert. Hinsichtlich der Laengsdynamiken wird das Motorrad ueber Brems- und Antriebsmomente gesteuert, die ueber ein einfaches Kettenmodell auf das Hinterrad uebertragen werden. Erste Ergebnisse des entwickelten virtuellen Motorradfahrers werden am Ende dieses Beitrages praesentiert. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Multibody simulation is a very powerful tool that can provide great help to understand and analyze motorcycle dynamics. Indeed, its application in this field has grown very fast in the last years. However, apart from the mathematical model of the vehicle, a virtual rider is essential in order to properly simulate a motorcycle. This is due to the unstable nature of two-wheeled vehicles, which makes it very difficult to simulate them by using open-loop manoeuvres. The problem of developing a virtual rider for motorcycles has already been covered in literature but most of the proposed control algorithms achieved their purpose without considering the physiological limits of the rider. The objective of the research activities presented here are the preliminary development of a realistic virtual rider based on an experimental campaign and its subsequent simulation together with a detailed multibody model of a motorcycle. Special emphasis was put on making the rider model as simple as possible to facilitate the posterior design of the controller. Real rider movements were measured under laboratory conditions by means of the Motion Analysis technique. Several volunteers with different riding experiences, gender and anthropometry were involved in the experiments in order to provide a valid dataset for the analysis. The virtual rider controls the direction of the motorcycle by means of both a torque on the handlebars as well as the movement of his body. For the present research, the upper part of the rider's body was modeled by means of an inverted pendulum. With regard to the longitudinal dynamics, the motorcycle is controlled by means of the brake torques and by the engine torque, which is transmitted to the rear wheel by means of a simplified model of the chain. First results of the developed virtual rider are presented at the end of this paper. (A) Beitrag zur 7. Internationalen Motorradkonferenz 2008. Siehe auch Gesamtaufnahme der Tagung, ITRD-Nummer D362710.
Abstract