Development of a multibody model for a real-time bobsleigh simulator

The sport of bobsleigh is among the most ancient disciplines of the Winter Olympics. The competition is based on a timed run along an iced track, where teams compete by sliding on custom sleds. The sport requires outstanding physical and technical preparation, especially by the bobsleigh driver, in order to complete the sliding course in the shortest time possible. The training regimen for a bobsleigh driver is very challenging, primarily from the perspective of reflexes and track memorization. Nevertheless, sliding time is limited and drivers frequently must turn to alternative solutions to maintain or enhance their driving skills throughout the season. In this context, special driving simulators could fill the training needs of the athletes. To address this, the primary elements of a bobsleigh simulator were developed in this work, including a multibody model of a two-man bobsleigh and a sliding track course reproduction. The sled model was implemented using an open-source, physics-based simulation engine called Project Chrono. The multibody sled model was employed in several simulations to develop and assess its dynamics on ice. In addition, a methodology for sliding track rebuild was also conceived to rebuild sliding track models and enable several realistic simulations. The bobsleigh model was validated in some tests, and a simulation run on the modeled sliding track was completed from start to finish under the steering action of a user. The findings indicate a realistic model behavior during the descent. The outcome of this work allows for future deployment of the simulation software in the Hexalab laboratory, which features a hexapod facility that is able to add six degrees of motion to the bobsleigh simulator platform. This could enable a more immersive and realistic bobsleigh training experience for drivers.

Il bob è tra gli sport invernali più antichi, presente alle Olimpiadi Invernali sin dalla loro prima edizione. La disciplina consiste in gare di discesa cronometrate lungo un percorso apposito su fondo ghiacciato, dove le squadre competono alla guida di speciali slitte. Questo sport richiede un’eccezionale preparazione atletica, soprattutto per il pilota, che ha il compito di condurre la slitta al termine del percorso nel minor tempo possibile. La preparazione di un pilota di bob è particolarmente complessa, specialmente dal punto di vista della tecnica di guida: il feeling con la slitta, i tempi di reazione e la memorizzazione del tracciato sono elementi chiave per una discesa perfetta. Tuttavia, il tempo disponibile per provare la slitta è limitato durante l’arco di una stagione, ed i piloti devono spesso ricorrere a tecniche alternative per migliorare il loro livello di guida. In questo frangente, l’utilizzo di appositi simulatori di guida potrebbe colmare le necessità sportive degli atleti. Questo studio si pone di sviluppare alcuni elementi fondamentali per un simulatore di bob, tra cui un modello multibody della slitta, ed un tracciato di gara. Il modello multibody di un bob biposto è stato realizzato sfruttando le potenzialità di Project Chrono, una libreria open-source sviluppata per simulare sistemi meccanici. Il modello di slitta è stato utilizzato all’interno delle simulazioni per verificarne e svilupparne la dinamica sul ghiaccio. Inoltre, è stato sviluppato un procedimento per ricostruire copie fedeli delle piste di bob, e consentire simulazioni realistiche di discese su tracciati reali. Il modello di bob è stato testato in varie condizioni, tra cui una discesa completa sulla pista di bob ricostruita, sotto il controllo manuale di un utente. Il comportamento riscontrato è risultato sufficientemente realistico sulla base dei dati analizzati. I risultati ottenuti permettono una futura implementazione del software di simulazione con Hexalab, una piattaforma ad esapode in grado di introdurre 6 gradi di movimento alla piattaforma simulativa del bob, rendendo l’esperienza di allenamento per i piloti più immersiva.