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Virtualisation of motorcycle customer usage profiles via multi-body simulation for durability

Haerian, Aptin

This cumulative PhD thesis presents the development of methods for virtualising motorcycle customer usage profiles in terms of load analysis. As the amount of available usage data increases, the question arises how this source can be used in the vehicle development to make precise load assumptions. The transfer of the data into the virtual world is an essential component. The first publication within this cumulative PhD thesis deals with the load categories of special and misuse events. A new definition of these categories was introduced, converted into an equation, and confirmed by measurements. Furthermore, multi-body simulation models of full vehicle motorcycles were created and validated with measurements. In addition, a method has been developed to determine representative special events. The second publication includes a method for the identification of damage-equivalent virtual tracks, which allows a reduction of the simulation duration. Here, the tracks are segmented and evaluated for different use cases. For the simulation, test tracks measured with laser scanners were used. The third publication describes the transfer of classified data on road and rider characteristics into the simulation environment. First, a method was developed to determine the design-relevant customer with regard to service loads by means of synthetic riding manoeuvres. The roughness and the vehicle's velocity were taken into account. It was also shown how it is possible to transfer this data into an entire synthetic virtual track including data for curvature. The validation was carried out again with the measurement of a real motorcycle. In addition, a new method was developed to create speed profiles for simulations that considers the road characteristics and customer's riding skills. The presented methods enable a holistic virtual load data acquisition process. Possibilities to include the methods in the vehicle development process and further improvements are finally discussed.
Die vorliegende kumulative Dissertation präsentiert die Entwicklung von Methoden zur Virtualisierung von Motorrad-Kundennutzungsprofilen in Bezug auf die Betriebsfestigkeit. Mit zunehmender Menge an verfügbaren Nutzungsdaten stellt sich die Frage wie diese nutzbringend in der Fahrzeugentwicklung verwendet werden können, um präzise Lastannahmen zu treffen. Dabei ist die Überführung der Daten in die virtuelle Welt ein essentieller Bestandteil. Die erste Veröffentlichung im Rahmen dieser kumulativen Promotionsschrift beschäftigt sich mit den Lastkategorien Sonder- und Missbrauchsereignisse. Eine neue Definition dieser Kategorien wurde eingeführt, in eine Gleichung überführt und anhand von Messungen validiert. Weiterhin wurden Mehrkörpersimulations-Modelle von Motorrad-Gesamtfahrzeugen erstellt und gleichermaßen validiert. Zusätzlich wurde eine Methode entwickelt, um repräsentative Sonderereignisse zu bestimmen. Die zweite Veröffentlichung umfasst eine Methode zur Identifikation von schädigungsäquivalenten virtuellen Strecken, welche eine Reduktion der Simulationsdauer ermöglicht. Hierbei werden Strecken segmentiert und für verschiedene Use Cases ausgewertet. Für die Simulation wurden laservermessene Teststrecken verwendet. Die dritte Veröffentlichung beschreibt die Überführung klassierter Daten von Straßen- und Fahrercharakteristiken in die Simulationsumgebung. Eine Methode wurde entwickelt, um mittels synthetischer Fahrmanöver auslegungsrelevante Kunden hinsichtlich Betriebslasten zu bestimmen. Dabei wurde die Rauigkeit und Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt. Weiterhin wurde gezeigt wie diese Daten in eine synthetische virtuelle Gesamtstrecke inklusive Kurven überführt werden können. Die Validierung erfolgte abermals mit der Messung eines realen Motorrads. Zusätzlich wurde eine neue Methode entwickelt, um Geschwindigkeitsprofile für Simulationen zu erstellen, welche die Straßeneigenschaften und das Fahrkönnen berücksichtigt. Die präsentierten Methoden ermöglichen eine ganzheitliche virtuelle Lastdatenerfassung. Abschließend werden Möglichkeiten die Methoden in den Fahrzeugentwicklungsprozess zu integrieren und weitere Verbesserungen diskutiert.