Aufbau und Validierung eines Fahrdynamikmodelles für Motorräder

Abstract

In der Motorradtechnik halten immer mehr elektronische Fahrassistenzsysteme Einzug, ein neuer Schritt in dieser Entwicklung ist das Semi-Aktive Fahrwerk, aus dem ein Komfort und ein Sicherheitsgewinn resultieren. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, Modelle zur Abbildung der Vertikaldynamik zu erstellen, welche zur Bewertung und Beurteilung des Semi-Aktiven Fahrwerkes verwendet werden können. Hierzu werden mehrere Modelle mit verschiedenen Modellierungstiefen aufgebaut, welche die Vertikaldynamik unterschiedlich genau beschreiben. Die Komplexität der Modelle reicht dabei von einfachen analytischen Modellen bis hin zu einem komplexen numerischen Modell, bei dem die Geometrie der Radführung berücksichtigt wird. Ein Vergleich der Modellergebnisse hinsichtlich Eigenwerte und Übertragungsfunktion zeigt die unterschiedliche Abbildungsqualität der Modelle. Des Weiteren wird mit der MKS Software VI-Motorcycle ein MKS Modell eines realen Prüfaufbaues (ein sogenannter Twoposter) zur Untersuchung der Vertikaldynamik nachgebaut, um ein tiefergreifendes Verständnis der Vertikaldynamik zu schaffen. Im nächsten Schritt wird das Motorradmodell in VI-Motorcycle zu einem Freifahrmodell erweitert, sodass auch die laterale Dynamik abgebildet werden kann. Dieses Modell erlaubt es, Untersuchungen des Motorrades in aufrechter Fahrt durchzuführen. Da das Motorrad über große Geschwindigkeitsbereiche ein instabiles Verhalten zeigt, wird es mit Hilfe gezielter Regeleingriffe über das Lenkmoment anhand einer Ausgangsvektorrückführung stabilisiert. Die MKS Modelle in VI-Motorcycle sind mit mathematischen Reifenmodellen, welche auf dem "Magic Formula" Formalismus beruhen, ausgestattet. Die Plausibilität der Reifenmodelle wird anhand des sogenannten Tire Model Performace Test überprüft. Eine Auswertung der zur Verfügung gestellten Messdaten des realen Twoposter Prüfstandes liefert weitere Ergebnisse, die zum Verständnis des Schwingungsverhaltens dienen und eine Systemidentifikation der Resonanzphänomene erlauben.

More and more electronic rider assistance systems are used in modern motorcycle technology. A technological progress is the semi- active suspension to increase ride comfort and safety. This thesis aims to develop models for illustrating the vertical dynamics. These models can then be used for the assessment and evaluation of semi-active suspension systems. Several models with different modelling depths which describe the vertical dynamics differently are established. The complexity of models reaches from simple analytical models to complex numerical models where the geometry of the suspension is taken into consideration. A comparison of the model results concerning eigenvalues and transfer functions show the different quality of the models. Furthermore an MBS model of a real test setup a so-called Twoposter is reconstructed by using MBS software VI motorcycle to analyse the vertical dynamics and to get a solid understanding of it. In the next step the motorcycle model in VI motorcycle is extended to a Freifahrmodell in order to describe the lateral dynamics. This new model can be used for the analysis of the motorcycle riding dynamics. Due to the unstable behaviour of the motorcycle over large speed ranges it is stabilized with specific controller interventions due to the steering torque by means of an output feedback control. The MBS models in VI motorcycle include mathematical tyre models which are based on the "Magic Formula" formalism. The plausibility of the tyre models is checked with the help of the so-called Tyre Model Performance Test. The analysis of the provided measurement data of the real Twoposter test gives further results that serve for a better understanding of the vibration characteristics and allow a system identification of the resonance phenomena.