Motorcycle rider model

When designing a racing motorcycle detailed studies of its dynamic behavior are required to obtain effective and conscious results. Multibody simulations are the most common and effective tool used to analyze the behavior of a vehicle and evaluate the effect of different design choices. In the world of motorcycles having a detailed and realistic model of the rider is critical. The rider, in fact, is a significant share of the overall bike-rider total mass and thus a correct modeling of its position on the bike and of the way he moves is crucial to obtain reliable results. Object of this work is to develop a rider-driver model similar to a human rider both in terms of multibody structure and in terms of control actions and reasoning. An extensive work was done with the official riders of Polimi Motorcycle Factory to understand which are the factors that they consider while riding and planning the ride and their feeling about the behavior of the bike. A tracking system was developed to compare their feeling with numerical data and tune the model. As one of the first considerations done by the riders was that they know their ideal trajectory beforehand and do not plan it while riding, a tool able of generating reference paths was developed along with and algorithm to produce a feasible speed profile. Along with recreating the rider from a physical point of view, a focus is made on developing a control structure able of mimicking the reasoning of a real rider. This is done through an extensive use of fuzzy logic controllers because of their intrinsic ability in representing qualitative thinking which is typical of a human rider.

Durante la progettazione di una motocicletta da corsa approfonditi studi circa la sua dinamica sono necessari per ottenere risultati affidabili. Le simulazioni multibody sono uno degli strumenti più comuni ed efficaci quando si tratta di studiare la dinamica di un veicolo e valutare gli effetti di diverse scelte progettuali. Pensando prettamente alla progettazione di motocicli, disporre di un modello di pilota dettagliato è di cruciale importanza. Il pilota, infatti, costituisce una parte significativa della massa dell’assieme moto-pilota e quindi una corretta modellazione della sua posizione in sella e dei suoi movimenti e fondamentale per avvicinarsi alla realtà. Obiettivo di questo lavoro è sviluppare un modello di pilota simile alla sua controparte umana sia in termini fisici che a livello di ragionamento e logica di controllo. Un approfondito lavoro è stato fatto con i piloti di Polimi Motorcycle Factory per capire quali fattori tenessero in considerazione nell'affrontare un circuito e durante la guida e capire quali aspetti del comportamento della motocicletta fossero in grado di percepire. Un sistema visivo di tracciamento è stato sviluppato per avere un riscontro tra queste percezioni in dati numerici e poter così tarare il modello. I piloti hanno dichiarato che la traiettoria ideale da percorrere è chiara nella loro mente prima di scendere in pista, si è quindi voluto sviluppare un programma in grado di generare riferimenti di traiettoria dato un determinato circuito. Di pari passo a ricostruire fisicamente il pilota, ci si è concentrati nel creare una logica di controllo che imitasse il più possibile la sua controparte umana. Questo è stato possibile per mezzo di controllori basati su logiche fuzzy: è infatti intrinseco nella natura di questi controllori la capacità di rappresentare i ragionamenti qualitativi che sono tipici della mente umana.