Simulando la Ducati, primeros pasos

Ya tengo bastante avanzado el modelo matlab/simulink de la Ducati y he corrido las primeras simulaciones calculando la estática sin piloto, con piloto y el comportamiento dinámico ante una deceleración provocada en una frenada.

El aspecto del modelo es el siguiente, un poco descolocado, pero como aun está en desarrollo, hasta que no lo acabe no lo ordenaré un poquillo.

Las primeras impresiones cuando he corrido la simulación han sido muy gratas, ya que siguen con una muy buena precisión los valores reales dados por la especificación técnica de la moto y de las medidas realizadas en el circuito de Alcañiz. Solamente han sido necesarios unos retoques sobre las constantes de amortiguación y los coeficientes de penetración aerodinámicos para ajustar el modelo.

La cantidad de datos e información que obtenemos al explotar este modelo es impresionante, podemos conocer en cualquier instante entre otras muchas cosas:

- La posición del c.d.g. de cada elemento
- La posición del c.d.g. total del conjunto moto-piloto
- La carga que soporta cada rueda
- Cuanto están de comprimidas las horquillas y el amortiguador y sus velocidades
- La batalla
- El lanzamiento y avance de las horquillas
- El empuje aerodinámico que se opone al avance y el que provoca la compresión de la horquilla
- La fuerza de frenado en cada rueda según una ley de reparto del/tras y el par de reacción provocado sobre el basculante y horquilla pudiendo analizar el efecto de hundimiento y squat.
- Los esfuerzos sobre cada uno de los componentes

Este último punto es muy interesante, puesto que son los datos de entrada al pasar a analizar cada componente por separado en elementos finitos.
Como ejemplo, muestro un análisis del chasis, evaluando su rigidez a flexión bajo un esfuerzo de frenada con los datos obtenidos en una deceleración en Alcañiz de 1G. Este dato también es interesante para introducirlo como un complemento más al modelo con el fin de acercarlo lo más posible a la realidad.

En el siguiente video muestro una simulación de 25 segundos en la que se aprecia la moto "colgada" y seguidamente liberada dejandola caer por efecto de la gravedad hasta que llega a la posición de equilibrio y reposo. De aqui he validado la geometría, el SAG de las suspensiones y el reparto de masas de la moto aislada y de la moto con el piloto, que soy yo en talla y peso, je, je.
Posteriormente, en el segundo 5, la moto pasa a condiciones medidas al final de la recta de detrás de Alcañiz, observando en las gráficas la compresión de la horquilla, amortiguador y batalla, todo ello en mm.





A continuación muestro las medidas realizadas por telemetría en ese punto del circuito. Si entramos en detalle se puede observar que el resultado de la simulación es bastante bueno, a espera de continuas evoluciones que vayan puliendo varios aspectos.

Ambas gráficas son comparables a partir del segundo 15 de la simulación, donde se introducen las condiciones de frenada.
Se aprecia el hundimiento de la horquilla hasta los 20mm provocado por la aerodinámica, para luego pasar a la frenada, donde llegamos a valores de 90mm. La simulación copia bastante bien lo que sucede realmente en la pista.

Continuo trabajando en el tema y atacando otros aspectos como la aceleración y el paso por curva.

Ciao

Escrito por Ivan Martinez.

Ya está preparada la geometría

Ya tengo todos los puntos geométricos necesarios para comenzar a correr la primera simulación en Matlab.

El único componente en el que se ha entrado en detalle estructural es el chasis, ya que se cálculará en elementos finitos para conocer su rigidez e implimentarla en el modelo dinámico. El resto de componentes han sido esbozados, prestando especial atención en la geometría de los puntos donde se simularán los pares cinemáticos, que son los datos necesarios para modelarlos posteriormente como sólidos rígidos.

También he introducido un maniqui virtual con mis características de masa y estatura para estimar donde se encuentra el centro de gravedad que influirá en el cálculo. En la foto anterior el c.d.g. es mostrado como un punto rosa.

Para intentar ajustar al máximo y minimizar los errores creados por las incertidumbres, voy a realizar una primera simulación en la que se "colgará" la moto hasta liberar de carga las suspensiones, y se dejará caer por el efecto de la gravedad, hasta que disminuyan las oscilaciones amortiguantes provocadas por las suspensiones y quede la moto en equilibrio.

Estas son las condiciones iniciales con la suspensión descargada, es decir, "moto colgada".


 

 

A partir de aqui, podré medir la geometría de la moto en reposo, con carga de piloto y sin él, ver el reparto del peso en la rueda delantera y trasera, medir el sag y compararlo con el obtenido en la telemetría con el registro de los sensores de horquilla y amortiguador. También se verificará que se cumple el ángulo de lanzamiento y la batalla dada en la ficha técnica de la moto.

Una vez el modelo esté ajustado en este aspecto estático, pasaré el primer estudio dinámico, la frenada.

Escrito por Iván Martínez

Echando unas cuentas

Como ya he comentado en anteriores entradas, a inicios de año empecé a crear un modelo matemático en Matlab con el objetivo de simular el comportamiento dinámico de una motocicleta deportiva. Por razones de tiempo lo dejé un poco de lado, pero ahora he vuelto a retomar el asunto a ver si consigo llenar ese vacio que me va a crear el no poder rodar en moto.

Aunque aun no he creado una linea robusta de trabajo, en primer lugar querría construir un modelo básico que simulara el comportamiento en frenada, aceleración y paso por curva a velocidad constante.

Para afrontar el problema, me he planteado como base del modelo construir fisicogeometricamente la estructura básica de la Ducati 1098, consistente en el chasis, horquillas, basculante y sistema de suspensión y progresividad. Una vez construido un modelo 3D con estos datos, podría obtener las masas, centros de gravedad y momentos de inercia de esta estructura básica para correrlas en el modelo y compararlo con diferentes situaciones reales registradas en el sistema de telemetría cuando he rodado en circuito, velocidades, aceleraciones, posición de horquilla, amortiguador...

Las diferencias encontradas entre el modelo teórico y el real me ayudarán para ajustar-correlar el modelo con diferentes hipótesis a estudiar.

Aunque aqui sería largo describir el modelo y las variables que entran en juego, por ejemplo, en la frenada metiendo como parametros de entrada la deceleración longitudinal medida y el reparto de frenada delantera y trasera, el modelo sería capaz de darme los parámetros geométricos fundamentales de la moto, los esfuerzos en todos los componentes, la posición de horquilla y basculante, su capacidad de amortiguación. En aceleración se tendrán en cuenta el efecto squat y antisquat de la geometría del basculante y la cadena de transmisión, efectos aerodinámicos...

Con los esfuerzos medidos en los pares cinemáticos en todas las situaciones se pueda aislar cada elemento y estudiarlo independientemente por elementos finitos para optimizar por ejemplo la rigidez del chasis con el menor peso y situando el centro de gravedad donde más convenga según el comportamiento dinámico que tenga la moto. Este es el objetivo del estudio, simular matemáticamente la dinámica de la moto y diseñar su chasis desde un punto de vista ingenieril y no "intuitivo" creando prototipos reales que alargan la convergencia hacia una buena solución técnica. Me da la sensación de que los constructores actuales de chasis en competición van más por este lado explotando la experiencia que ya poseen ... espero equivocarme.

Bueno, basta de rollos.

El modelo matlab/simulink lo tengo bastante avanzado pero aun no tengo la geometría de la moto, para ello he empezado a diseñarme el chasis en Catia V5. Como base tengo las cotas fundamentales, las que son usadas en taller para reparaciones en bancada. El resto de cotas se han sacado a base de calibre, aprovechando que tengo la Ducati desnuda, pues eso, a medir. A falta de un material en condiciones, escaneados, brazo faro... el resultado ha sido bastante bueno.

Ahi muestro el chasis que ya he acabado en un renderizado. Belleza absoluta y a mi parecer gran criterio técnico el que muestra Ducati en sus chasis..... FORZA DUCATI !!!!!

Por favor Ducati, nunca pierdas tu identidad, el chasis tubular, el bicilindrico en L, la distribución desmodrómica,....

A medida que vaya avanzando en el tema iré publicando cosillas. Hay muchas cosas que hacer antes, pero con el 3D ya acabado del chasis, tengo ganas de meterlo a calcular en Abaqus y ver la rigidez a torsión, dato que luego me valdrá para meterlo en el modelo Matlab, simulado como un muelle torsional.

Quien sabe, dependiendo de la motivación se podría llegar a diseñar una Moto2 y si hay alguno por ahi con dinero sin saber donde gastarlo, esto es una buena manera de fundirlo y correr el CEV ... Arguiñano, ¿andas por ahi?

Escrito por Iván Martínez