Mehrkörpersimulationsgestützte Fahrradentwicklung

• Multibody simulation based bicycle design

Ingenlath, Philipp; Corves, Burkhard (Thesis advisor); Bertram, Torsten (Thesis advisor)

Aachen (2019, 2020)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Die Fahrradentwicklung geschieht oftmals nach dem Prinzip Trial-and-Error. Im Vergleich zum Vorgehen in anderen Industriezweigen werden Simulationsmethoden nur wenig zur Unterstützung der Entwicklung eingesetzt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung der Mehrkörpersimulation auf den Bereich der Fahrradtechnik. Dabei ist die Arbeit in die Betrachtung ungefederter Fahrräder sowie die Betrachtung vollgefederter Fahrräder untergliedert. Im ersten Teil der Arbeit wird, zur Untersuchung der Fahrdynamik ungefederter Fahrräder, das aus der Literatur bekannte Carvallo-Whipple-Modell und ein, ebenfalls aus der Literatur bekanntes, regelungstechnisches Modell zur Abbildung des Fahrerverhaltens verwendet. Zur Bewertung des Fahrverhaltens wird eine Metrik bezüglich der Kategorien Stabilität, Agilität und Kurvenverhalten erarbeitet. Im zweiten Teil der Arbeit wird zunächst das Mehrkörpersimulationsmodell eines vollgefederten Mountainbikes mit Fahrer erstellt. Das Fahrradmodell wird durch Messdaten eines vorliegenden Mountainbikes parametrisiert. Das Modell des Fahrers wird auf der Basis anthropometrischer Datenbanken aufgebaut. Es wird so parametrisiert, dass es dem Testfahrer der Validierungsmessungen in Größe und Gewicht entspricht. Anschließend werden Validierungsmessungen zum Verhalten während des Pedalierens und beim Überfahren eines Hindernisses durchgeführt. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen den simulierten und den gemessenen Daten. Das gezeigte Modell ist somit in der Lage, das Verhalten des vollgefederten Mountainbikes mit Fahrer abzubilden. Bei Analysen mit dem Modell zeigt sich, dass die Dynamik einen signifikanten Einfluss auf das Systemverhalten hat und klassische, quasistatische Auslegungskriterien somit eine starke Vereinfachung darstellen. Mit den verwendeten Fahrermodellen können allerdings nur ungeübte Fahrer abgebildet werden. Das Verhalten eines geübten Fahrers der z. B. auch eine aktive Gewichtsverlagerung zur Steuerung des Fahrrads verwendet, wird von diesem Modell nicht abgedeckt. Insgesamt lässt sich festhalten, dass die Mehrkörpersimulation ein geeignetes Mittel ist, um die Fahrradentwicklung zu unterstützen.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]