Implementation of the motorcycle rider control strategies

This work consists of the implementation of an advanced control logic applied to the 3D multibody model of the racing motorcycle Petrol prototype by PoliMi Motorcycle Factory, developed in Simulink in collaboration with the Dynamics Crew. The model was developed for several reasons: to analyse dynamics and performance of the motorcycle under the rider control actions, to provide some advice to the real driver about how to improve the manoeuvrers during the competition, to help the Team to choose the optimal race setup and provide some hints for what concerns the future developments of the motorcycle structural components. The motorcycle multibody model is characterised by non-linear suspensions, complex modelling of the tyres contact patch and a drivetrain featured by the presence of the clutch; the rider was implemented from a physical point of view taking into account several biomechanical characteristics, and from a control point of view taking into account not only its actions on the throttle, the brake and the steer, but also its own motion on the saddle, depending on the manoeuvrer. This new advanced motorcycle model is thus able to perform whichever kind of open loop and closed loop manoeuvrer, both in 2D and in 3D space, comprising path following and complete lap simulation. Then, a new vision-based acquisition system was designed focusing the attention on the development of a more performing blob analysis & pose estimation algorithm. With this tool, it is possible to accurately track the rider motion with the aim to tune control logic inside the Simulink model.

Il presente lavoro consiste nell'implementazione di un'avanzata logica di controllo applicata al modello multibody 3D del prototipo di motocicletta da corsa Petrol della PoliMi Motorcycle Factory, sviluppato in Simulink in collaborazione con il Reparto di Dinamica. Diverse sono state le ragioni alla base dello sviluppo di questo modello: compiere analisi di dinamica e di performance della moto da corsa sottoposta alle azioni di controllo del pilota, fornire consigli al pilota reale su come migliorare le manovre durante la competizione, supportare il Team nella scelta del setup da corsa ottimale e suggerire possibili sviluppi futuri dei componenti strutturali della moto. Il modello multibody della motocicletta comprende sospensioni non lineari, una complessa modellazione dell'impronta a terra dello pneumatico e trasmissione caratterizzata dalla presenza della frizione; il pilota è stato implementato dal punto di vista fisico considerando diverse caratteristiche biomeccaniche e dal punto di vista del controllo, considerando non solo le azioni sull'acceleratore, sul freno e sul manubrio, ma anche il proprio movimento sulla sella, in base alla manovra da affrontare. Pertanto, questo nuovo e avanzato modello di moto da corsa è in grado di eseguire qualunque tipo di manovra sia in anello aperto che chiuso, nello spazio 2D e 3D, incluso l'inseguimento di una traiettoria e la simulazione di un giro completo di pista. Inoltre, è stato concepito un sistema di acquisizione video concentrando l'attenzione sullo sviluppo di un algoritmo di blob analysis & pose estimation più performante. Grazie a questo programma è possibile tracciare i movimenti del pilota con lo scopo di tarare la logica di controllo nel modello Simulink.