构建下一代,赢得奥运田径自行车的自行车
普利司通公司和普利司通周期有限公司磨练使用传感器设计,建模和仿真
奥运短途的独特的自行车跟踪骑自行车像刀片。每个自行车必须强大,光,和高效,同时坚持国际标准,包括最小重量。每1000秒计数为运动员操纵周围的碗状木250米(820英尺)的跟踪速度超过每小时70公里(每小时43.5英里)。
日本的国家自行车团队,日本自行车联合会(JCF)承认,即使是轻微的性能设计的修改可能会导致显著的优势。所以他们与专家从世界最大的轮胎和橡胶公司普利司通公司和日本标志性的运动自行车公司普利司通周期有限公司。
普利司通锚Sprint的自行车。(图片来源:普利司通集团)
“通过结合两家公司的优势,我们旨在通过科学创造出最好的自行车,“Kazuo田说道,普利司通公司的高级技术首席数字工程技术推广部门。
JCF签署了一项协议,联合小组从普利司通的基本技术部门和普利司通周期的设备设计部门开发冲刺的自行车比赛。载着乘客破纪录的胜利都需要团结领域的专家在组件(如车轮,框架,和车把,以及设备处理和响应性。
与时间赛跑,短途竞赛要求突然加速和强大的骑自行车装备。自行车框架是至关重要的。框架刚度和重量在竞争异常激烈的自行车世界至关重要。框架可以弯曲过多会降低骑车效率。太重了,骑手被拖累,失去宝贵的时间。每个国家的车队在奥运会穷追不舍找到理想的平衡重量和硬度。
但即使是笔直的,轻的自行车可能仍然满足6.8公斤重工会抗议声(UCI)最低重量监管不一定是赢家。感觉舒服。普利司通团队着手实现这一理想的组合。
团队共事MathWorks咨询和先进的支持团队来模拟的运动自行车赛车场上跟踪使用基于模型的设计。金宝app这种复杂,数据驱动的分析帮助加速原型开发和优化一个先进的sprint自行车精英高速赛车在世界的舞台上。
模型赛车的行为
普利司通团队专注于短途事件:个人sprint团队冲刺,keirin。“赛车的轮子,”日本keirin是一个独特的类型的跟踪循环始于1940年代末。一辆摩托车被称为derny集周围的乘客的步伐,增加速度跟踪了好几圈,然后离开所以运动员可以在最后几圈。Keirin成为奥运会事件在2000年2012年为男性和女性。
类似于keirin,运动员参加个人和团队冲刺通常完成速度超过70公里/小时(43.5英里)。顶级骑手接近80公里/小时(49.7英里)。标准轨道有一个最大的45度角,这种情况在伊豆城的伊豆赛车场,静冈县,跟踪延迟2020奥运会自行车场地。
“(通过与MathWorks咨询和支持,)我们能够避免我们会面对许多困难,如果我们这样金宝app做我们自己的。”
普利司通Kazuo田公司
普利司通的运动学模型的自行车。(图片来源:普利司通集团)
建模自行车穿梭于椭圆形的角度跟踪日本团队至关重要。尽管赛车场的严格控制的环境中,工程师们发现自己在一个未知的领域。“没有现有的测量系统来准确地捕捉移动物体的行为:三维框架的行为,方向盘,轮子,“田解释道。
商业系统测量摩托车运动就会过于沉重和巨大的轻量级室内跑道自行车发展。另外,骑摩托车的感觉非常不同于在一个赛车。由此产生的设计了。
传统技术的局限性,根据普利司通团队。动作捕捉只能测量一个非常狭窄的范围内,涉及广泛的实现做准备。一个陀螺传感器生产重要的集成错误风险。全球定位系统(GPS)的信息,而有效的综合误差修正,不会正常工作室内的轨道。
团队需要开发一个全新的运动测量系统,可以精确地模型跟踪赛车行动的行为。纠正对自行车的方向涉及会计复杂signals-true加速度,离心加速度,引力而同时提供明确的这些信号分解和准确的分类。
为此,著名的团队变成一个对状态估计算法,卡尔曼滤波器。卡尔曼滤波的测量数据和过滤掉噪声准确估计系统的状态。该算法非常适合于实时系统的当前状态是不断变化的,如自行车环游倾斜的轨道。
为了使用卡尔曼滤波器估计自行车行为,普利司通的团队获得的信号数据。小型惯性测量单元(IMU)传感器,可以检测音调的高低变化,滚,和偏航进化值得一提的是近年来,田。因此,工程师部署25克(0.88盎司)IMU传感器。微型传感器意味着JCF骑自行车的人会不知不觉地试骑原型在赛车场的设备。
赛车场形状的模型。(图片来源:普利司通集团)
团队还需要赛车场的形状合并到运动的卡尔曼滤波器的状态方程模型。团队与激光雷达捕获的弯曲轨道,产生一个三维点云。一旦一个赛车场形状的数学模型构造,该团队使用MATLAB®识别其参数。团队模拟自行车运动和测试系统级性能与MATLAB和Simscape™。sprint团队建立了运动学模型。
与行为测量系统准备好了,团队各种自行车的性能相比原型和其他公司的产品,田说。下载188bet金宝搏他们分析了自行车在关键比赛的场景中表现如何跟踪和调整了设计基于这些见解。这个建模与仿真带领团队尽快制定设计计划,避免把时间花在不必要的原型开发周期。
“MathWorks团队为我们提供了建模的建议,击中了要害,”田说。“他们有一个很好的技术广泛使用的技术。我们能够避免我们会面对许多困难,如果我们自己做了这个。”
将模拟变为现实
过去,原型继承一再少量修改设计基于骑手反馈,田说。新短途跟踪赛车,但是,团队积极采用基于模型的设计。迭代系统级模拟大大加快了开发周期。
“我们能够识别关键骑场景通过分析自行车使用卡尔曼滤波器的行为,”田说。然后团队迅速完成气动刚度设计方面的自行车使用复合流体动力学建模和有限元方法,量化物理现象的数学技术。
JCF运动员测试新系统在室内跑道。“我要求他们骑自行车测量系统并提供反馈的自行车表现在一些重要场景,”田解释道。
在最后阶段,团队开发工具通常用于汽车设计和应用两轮产品开发。虚幻引擎®从史诗游戏使创作者在行业,包括汽车和交通行业,呈现使用实时身临其境的可视化仿真结果。虚幻引擎模拟环境使团队可视化算法设计与仿真软件金宝app®。
“现实的模拟视频让我们周围的人真正了解的技术我们了。”
普利司通Kazuo田公司
3 d仿真和可视化仿真软件的自行车使用虚幻编辑器。金宝app
仿真软件之间的接口和虚幻引擎显示日本团队全部金宝appsprint自行车发展的一个新的光。“现实视频让我们周围的人真正了解这项技术,我们创造了“田说。
最新的sprint自行车设计显著不同于最初的原型,田说。“我们创建了一个更轻、更符合空气动力学和足够刚性的自行车,”他说。
实际的结果令人印象深刻。2021年5月,日本自行车Eiya桥本,普利司通帧赛车,赢得了金牌男子全部在香港天梭UCI杯。八月,弓Kajihara赢得了银牌在伊豆全部追踪自行车赛车场,成为第一个日本女人赢得奥运会田径比赛自行车金牌。
现在sprint赛车已通过最终测试,小泽说他们的小组计划,把所有从开发过程中获得的知识应用到生产一个新的公路自行车。具体地说,他们在中国推进普利司通自行车被称为多面手构建可靠、多功能道路性能。
“我们计划出售一个多面手的自行车,结合空气动力学,硬度,和明度最高,“田说。这意味着自行车设计使用最大化性能先进的建模与仿真技术可以成为更广泛的访问。是否在未来自行车比赛在室内,外面爬上陡峭的山坡,或巡航平坦的城市地形,他们难以置信的游乐设施。
