Voertuigdynamica FSRTE02

Voertuigdynamica FSRTE02

W. Lamers - 0577453 P.W. Fleuren - 0576788 DCT 2008.56

Traineeship report Coach(es):

Dr. ir. I.J.M. Besselink

Supervisor:

Prof. Dr. H. Nijmeijer

Technische Universiteit Eindhoven Department Mechanical Engineering Dynamics and Control Technology Group Eindhoven, April, 2008

Stageverslag voertuigdynamica FSTRE02 Juli 2006

Inhoudsopgave 1. 2.

Inleiding .................................................................................................. 3 Het Multi-body simulatie model .................................................................... 4 2.1. Inleiding ............................................................................................... 4 2.2. Aanpassingen ........................................................................................ 4 2.2.1. Coördinaten suspension ................................................................... 4 2.2.2. Gewicht verdeling ........................................................................... 4 2.2.3. Instelmogelijkheden A-armen. .......................................................... 5 2.2.4. Camber/toe instellingen ................................................................... 5 3. Data acquisitie .......................................................................................... 6 3.1. Inleiding ............................................................................................... 6 3.2. Sensoren .............................................................................................. 6 3.3. Installatie op de FSRTE02........................................................................ 8 3.4. Dataverwerking ..................................................................................... 8 3.4.1. Data importeren ............................................................................. 8 3.4.2. Databewerking ............................................................................... 9 3.4.3. Data interpretatie ......................................................................... 10 4. Testen en Afstellen .................................................................................. 11 4.1. Inleiding ............................................................................................. 11 4.2. Testhandboek...................................................................................... 11 4.3. Testen in de praktijk............................................................................. 11 4.4. Basis Set-up FSRTE02........................................................................... 12 4.4.1. Set-up afstellingen ........................................................................ 12 4.4.2. Set-up procedure (uitlijnen)............................................................ 12 4.4.3. Set-up ........................................................................................ 13 4.5. Test resultaten .................................................................................... 13 4.5.1. Balans ........................................................................................ 13 4.5.2. Race Set-up ................................................................................. 14 5. Model vs. Metingen .................................................................................. 15 5.1. Inleiding ............................................................................................. 15 5.2. Dwarsversnelling ................................................................................. 15 5.3. Acceleratietest..................................................................................... 18 5.4. Throttle on/off ..................................................................................... 19 5.4.1. Throttle off .................................................................................. 19 5.4.2. Throttle on................................................................................... 19 6. Aanbevelingen ........................................................................................ 20 6.1. Inleiding ............................................................................................. 20 6.2. Voertuigdynamica ................................................................................ 20 6.2.1. balans......................................................................................... 20 6.2.2. Onderstuur tijdens accelereren........................................................ 20 6.2.3. Wendbaarheid .............................................................................. 21 6.2.4. Remmen ..................................................................................... 22 6.3. Ontwerp, constructie en materiaalkeuze................................................... 22 6.4. Elektronisch ........................................................................................ 23 6.5. Multi-body model ................................................................................. 24 6.5.1. Differentieel model........................................................................ 24 6.5.2. Powertrain ................................................................................... 24 6.5.3. Parameters bandenmodel ............................................................... 24 6.5.4. Chassis stijfheid............................................................................ 25 6.6. Innovatieve aanpassingen ..................................................................... 25 Bijlage 1. Testhandboek .................................................................................. 26 Bijlage 2. Mind-map dynamische invloeden......................................................... 43 Bijlage 3. Mind-map Set-up afstellingen ............................................................. 44 Bijlage 4. Set-up procedure ............................................................................. 45 Bijlage 5. Mind-map set-up + formules .............................................................. 49

2


1.

Inleiding

Dit verslag is het resultaat van de interne stage periode tijdens de VKO opleiding Werktuigbouwkunde sectie DCT & AES. Deze stage is uitgevoerd bij het Formula Student Racing Team Endhoven. Het doel van deze stage is een goede set-up voor de FSRTE02 verzorgen. Dit houdt in dat wij ons voornamelijk met de volgende zaken hebben bezig gehouden: Verbetering multi-body model Het model is verder uitgebreid om een realistischere simulatie te kunnen maken. Ook zijn alle parameters geverifieerd en is een gedeelte van het model opnieuw opgebouwd om snellere aanpassingen te kunnen doen aan de set-up. In hoofdstuk 2 worden deze aanpassingen beschreven. Na verbetering kan ons model vergeleken worden met de werkelijkheid. Het uitrusten van de FSRTE02 met sensoren en data-acquisitie Aan ons was het ook de taak de FSRTE02 te voorzien van de nodige sensoren, Met deze sensoren is het mogelijk het gedag van de auto tijdens testdagen te registreren. Aan de hand van die testresultaten kan een set-up worden gemaakt. Hoofdstuk 3 beschrijft de data-acquisitie. De dataverwerking De data die gegenereerd wordt door de sensoren moet worden verwerkt tot bruikbaar en goed leesbaar materiaal. Dit is tot stand gekomen met behulp van het motormanagement systeem MoTeC met bijhorende software en Matlab. Hoofdstuk 4 gaat hier uitgebreid op in. Het creëren van de FSRTE02 race Set-up Met behulp van de data acquisitie en het multi-body model is de Race Set-up gemaakt. Door in de praktijk te testen kan de nodige data worden verzameld. Als deze testdata dan overeenkomt met het mutli-body model kan getracht worden de Race Set-up deels te bepalen met het model. In hoofdstuk 5 wordt het model met de werkelijkheid vergeleken.

3


2.

Het Multi-body simulatie model

2.1. Inleiding Dit hoofdstuk beschrijft de aanpassingen welke verricht zijn aan het multi-body model van de FSRTE02 en borduurt voort op het werk van J. Razenberg. De aanpassingen zijn met name gericht op het overeen laten komen van het model met de gebouwde auto en het vereenvoudigen van veranderingen van de set-up van de wielophanging geometrie.

2.2. Aanpassingen Een belangrijk onderdeel van het model is de positie van de wielophanging. Deze is gevalideerd met het CAD-model. Alle aanpassingen zijn geïmplementeerd in de FS_car.mdl libary. 2.2.1. Coördinaten suspension Er is een nieuw nulpunt gekozen voor de coördinaten. Deze ligt nu ter hoogte van de vouwlijn in het chassis. Zie afbeelding hieronder.

Fig. 1: Bovenaanzicht Unigrahics model

2.2.2. Gewicht verdeling Het zwaartepunt is ook een belangrijk onderdeel in het model. Deze is gevalideerd voor de x en y- coördinaat, echter niet voor de z- coördinaat. Met een opstelling welke in het hoofdstuk 4 zal worden behandelend is de gewichtsverdeling gemeten. De afbeelding rechts geeft de waarden zonder siercarrosserie (glasvezel body) en met lege brandstoftank. Echter de totale gewichtsverdeling is: LF: 59 kg RF: 58 kg LR: 80 kg RR: 82 kg Totaal: 279 kg Fig. 2: Weegcomputer

De gewichtverdeling l/r is zeer gelijk verdeeld. Dit komt de wegligging ten goede.

4


2.2.3. Instelmogelijkheden A-armen. Het afstellen van de A-armen gebeurt in werkelijkheid door het verlengen/verkorten van de verbindingsstangen. Het model is zo aangepast dat deze lengtes zijn in te voeren in plaats van dat er coördinaten berekend moeten worden. Ook is het mogelijk het aantal vulplaatjes, wat gebruikt wordt tussen de A-armen en fusees, in te voeren. Door de bovenste of de onderste A-arm te verstellen kan de camberhoek worden aangepast. Met de stuurarm kan toe- of uitspoor en het akkermanprincipe worden ingesteld. Door kruiselings de positie van de A-arm te veranderen wordt de casterhoek ingesteld. Met de duwstang kan de rijhoogte worden geregeld. Al deze instellingen beïnvloeden elkaar hiermee dient rekening gehouden te worden tijdens veranderen van het model. De lengtes van elke stang (2x in de bovenste en onderste A-arm, stuurarm en duwstang) en het aantal vulplaatjes in de fusees staan en kunnen worden veranderd in de FS_modeldata.m file. 2.2.4. Camber/toe instellingen Het is ook mogelijk direct de camber en toe- of uitspoor hoeken in te stellen in het model, ook deze zijn aan te passen in de FS_modeldata.m file.

5


3.

Data acquisitie

3.1. Inleiding Om het werkelijke dynamische gedrag van de FSRTE02 te analyseren en deze te vergelijken met die van het multi-body simulatiemodel is de FSRTE02 van de nodige sensoren voorzien. De data die deze sensoren genereren wordt verwerkt tot verschillende bruikbare plots.

3.2. Sensoren Ten eerste is het belangrijk te bepalen welke sensoren van belang zijn. Omdat het budget van de FSRTE02 het niet toelaat om nieuwe sensoren aan te schaffen, hebben wij ons beperkt tot de meest essentiële sensoren die beschikbaar waren op de TU/e. Hierbij kwamen we tot de volgende sensoren: Voorwaartse snelheid Vx: De snelheid is met behulp van optische sensoren bepaald. Aan de binnenkant van voorvelgen is een blokpatroon gespoten welke gelezen wordt door de aan de remklauw bevestigde optische sensoren. De optische sensoren verzenden een digitaal signaal (pulsen) die de Motec kan verwerken tot een snelheid Vx. Omdat de snelheden van de voorwielen links en rechts van elkaar verschillen hebben we zowel links als rechts een optische sensor geplaatst. Door deze met elkaar te middelen is de werkelijke snelheid berekend.

Fig. 3: Voorvelg met geblokt patroon

Fig. 4: Geïnstalleerde optische sensor

Om de juiste snelheid te krijgen moesten de optische sensoren gekalibreerd worden. Uit het aantal blokjes (pulsen) dat aan de binnenkant van de velgen is gespoten en de effectieve rolstraal van de band kan de snelheid worden berekend. De voorbandomtrek is gemeten door de auto inclusief coureur 100 m te verrijden waarbij het aantal wielomwentelingen is geteld. Door 100 m te delen door het aantal wielomwentelingen wordt de bandomtrek berekend. Waarneer deze gegevens als calibratie factor in de motec worden ingevoerd kunnen de snelheden links en rechts worden gelogd en de gemiddelde snelheid Vx berekend. • Het aantal pulsen = 50 Van belang is dat alle blokjes precies dezelfde afmetingen hebben • Effectieve voorbandomtrek = 1636 mm (Avon banden)

6


Dwarsversnelling Ay: De Dwarsversnelling wordt met behulp van G-sensor gemeten. Er is gebruik gemaakt van een 2 G solid-state G-sensor, hogere dwarsversnellingen als 2 G worden door de FSRTE02 namelijk niet gehaald. De sensor is gekalibreerd met de zwaartekracht, dit is mogelijk omdat het een solid-state sensor is. Een G-sensor moet zo dicht mogelijk bij het zwaartepunt liggen. dit is in de FSRTE02 onder de coureurs benen afdekplaat, zo ver mogelijk richting motor. • Calibratie gegevens: Ay gravity = 951 mV

Fig. 5: Afdekplaat waaronder G-sensor en Yaw rate worden geïnstalleerd

Yaw snelheid r: De snelheid om de hoogte-as wordt gemeten met behulp van een Yaw-rate sensor (Gyro). Deze moet net zoals de G-sensor zo dicht mogelijk bij het zwaartepunt liggen. Deze is daarom voor de G-sensor onder de afdekplaat geplaatst. Ook de yaw-rate sensor is een analoge sensor welke door de motec wordt uitgelezen en gelogd. Uit documentatie van de Giro zijn de volgende gegevens gehaald: • 42,3 deg/s/V Stuurwielhoek ds: De stuurhoek wordt gemeten met een zeer nauwkeurige rotatie potmeter. Deze is gemonteerd op achterkant van de stuurwiel as. De overbrenging tussen stuurwiel en de wielen zo goed als lineair en kan dus gemakkelijk worden berekend. Ook de potmeter is een analoge sensor. Op de potmeter staan de volgende calibratie gegevens: • Gevoeligheid 12,8 deg/V.

Fig. 6: Yaw-rate met G-sensor voor montage

Fig. 7: Stuurwielhoek potmeter geïnstalleerd

7


3.3. Installatie op de FSRTE02 De meetgegevens die de verschillende sensoren verzenden worden ontvangen door de MoTeC M400. Motec is een motor managementsysteem voor racemotoren waarmee de motor vrij programeerbaar is. Zo is de ontsteking en injectie geheel naar eigen wens in te stellen. De Motec M400 kan ook gebruikt worden als datalogger. Er zitten 10 analoge en 4 digitale ingangen op. Op de analoge ingangen zijn de stuurwielpotmeter, yaw-rate sensor en G-sensor aangesloten. Tussen de Yaw-rate sensor en G-sensor zit een voltage shifter. Deze schakeling zorgt ervoor dat de spanning omhoog wordt geshift. Dit is gedaan omdat de Motec geen negatieve spanningen kan loggen. Op de digitale ingangen zitten de optische sensoren aangesloten. Als voedingen voor de optische sensoren en de ds-potmeter wordt een gestabiliseerde uitgangspanning van de motec van 5 Volt gebruikt. De Yaw-rate sensor en G-sensor worden van spanning voorzien met behulp van een aantal onafhankelijke batterijen. Dit is gedaan op meetruis uit de rest van het elektrische circuit te voorkomen. Verder moet de G-sensor voorzien worden van een -15/15 V spanning, welke ook verwerkt zit op de printplaat van de voltage shift. De verschillende gegevens worden gelogd door de Motec die een schijfruimte heeft van een 0.5 Mb. Afhankelijk van de logfrequentie (maximaal 200 Hz) kan dan enkele minuten data worden gelogd. De Motec begint met dataloggen bij een vrij programeerbaar toerental. Na loggen kan de motec uitgelezen worden met behulp van een laptop met daarop de benodigde speciale software.

3.4. Dataverwerking Het interpreteren van de gelogde data is mogelijk met de special software van Motec. Deze software is vrij beperkt, daarom is de keuze gemaakt om Matlab te gebruiken voor de verwerking en interpretatie van de data. Eerst wordt met behulp van Motec Interpreter de benodigde data geëxporteerd in een CSV-file. Daarna moet deze data geschikt gemaakt worden om in Matlab in te lezen. Dit wordt gedaan met behulp van Microsoft Excel. In het “Formula Student Motec data import macro 4/8 variabelen.xls” wordt de CSV-file geconverteerd naar een txt-file. In Matlab is het zeer moeilijk de CSV-file bruikbaar te maken. De oorzaak van dit probleem is het scheiden van kolommen en het gebruik van decimale tekens. 3.4.1. Data importeren Via Motec Interpreter kan gekozen worden welke data geëxporteerd wordt. In een template kan men tot 8 verschillende gelogde waarden laten zien en exporteren. Zo is het mogelijk telkens een standaard aantal en volgorde van data te exporteren. Vervolgens kan met de gemaakte Excel macro de data bewerkt worden, met een enkele druk op de knop. Nu is de data geschikt om geïmporteerd te worden in Matlab. Hiervoor is de scipt fsd.m geschreven. Dit staat voor Formula Student Data. Dit script slaat de data op in een enkele 3d matrix. Verschil in lengtes van gelogde data wordt automatisch aangepast. Ook wordt de data bewerkt zodat deze in standaard eenheden wordt opgeslagen. Daarnaast worden de signalen: dwarsversnelling, linker/rechter voorsnelheid en achtersnelheid gefilterd met een tweede orde laagdoorlaat filter om hoogfrequente ruis weg te filteren. Het resulteert in significant beter afleesbare data.

8


De onderstaande signalen kunnen worden ingevoerd; • • • • • • •

Tijd Dwarsversnelling Yaw rate Stuurhoek Linker voorsnelheid Rechter voorsnelheid Achtersnelheid

Het script vraagt hierbij naar de kolom waar de data is opgeslagen. Deze volgorde correspondeert met de volgorde waarin in Motec Interpreter de data wordt weergeven. Het is mogelijk het script zo aan te passen dat men enkel op enter hoeft te drukken om een bepaalde standaard waarden voor een kolom te gebruiken. Hieruit wordt automatisch de afgelegde weg berekend. De gemiddelde snelheid wordt berekend uit de linker/rechter voorsnelheid. Deze wielen zijn niet aangedreven en geven daarom een goede representatie van de gemiddelde snelheid. Ook wordt de slipratio tussen voor en achter berekend om een uitspraak te kunnen doen over maximaal gebruik van de banden in voorwaartse richting. De achtersnelheid wordt echter niet gebruikt omdat dit signaal niet gemeten kom worden door het ontbreken van een onderdeel op de uitgaande as van de versnellingsbak. Hierdoor kan de slip ratio ook niet berekend worden. Daarnaast kan commentaar toegevoegd worden aan de toegevoegde set data. Dit correspondeert met de run nummers. Dit getal wordt met 1 opgehoogd na elke toevoeging van een set data. Het commentaar horende bij dit getal kan eenvoudig opgevraagd worden met het script fscom.m. De samplerate en het aantal run nummers worden ook getoond als er een nieuwe set data toegevoegd wordt. De bestaande matrix met daaraan bijgevoegd de nieuwe data en commentaar wordt vervolgens opgeslagen in het bestand fs.mat. Voor het eerste gebruik van fsd.m moet het bestand fs_leeg.mat gekopieerd worden, waarna de naam in fs.mat veranderd dient te worden. 3.4.2. Databewerking Met de script fss.m is het mogelijk de gelogde signalen zo aan te passen dat ze bij het plotten op elkaar liggen zodat een goed vergelijk mogelijk is. Een andere mogelijkheid is het wissen van gedeeltes van data. Bijvoorbeeld daar waar de auto stil stond of van het circuit raakte. Onderstaande lijst geeft de mogelijkheden: • • • • • •

Distance shift: totale afstand shift Partial distance shift: gedeeltelijke afstand shift Delete distance range: wissen van een gedeelte data (afstand gebaseerd) Time shift: totale tijd shift Partial time shift: gedeeltelijke tijd shift Delete time range: wissen van een gedeelte data (tijd gebaseerd)

Vooraf kan gekozen worden voor een referentie nummer en voor het run nummer wat bewerkt moet worden. Na elke aanpassing kan men direct zien hoe de data aangepast is, door de aangepaste data met de referentie te vergelijken in diverse plots. Hierna wordt de aangepaste data overschreven in desbetreffende run nummer en opgeslagen in fs.mat

9


3.4.3. Data interpretatie Nu is de data geschikt om te interpreteren. Dit kan met behulp van de script fsp.m Met deze script kunnen tot 5 willekeurige run nummers met elkaar vergeleken worden. Het is mogelijk een tijd en afstand gebaseerde reeks plots te maken, waarbij tijd respectievelijk afstand op de x-as geplot kan worden. De volgende plots worden gemaakt: tijd Vx front (gemiddelde snelheid) Vx rear Vx left Vx right Vx left and right Lateral acceleration Yaw-rate Stuurhoek Afgelegde weg

afgelegde weg Vx front (gemiddelde snelheid) Vx rear Vx left Vx right Vx left and right Lateral acceleration Yaw-rate Stuurhoek

10


4.

Testen en Afstellen

4.1. Inleiding In dit hoofdstuk wordt voornamelijk ingegaan op het testen van de FSRTE02 op het voertuigdynamische vlak.

4.2. Testhandboek Voordat daadwerkelijk getest kan worden moet eerst goed worden nagedacht over wat, waar en hoe er precies getest moet worden. Hiervan is een document gemaakt het Testhandboek. In het testhandboek staan onderwerpen als; het doel van testen, soorten tests, benodigde data en sensoren, testmateriaal, testschema, testlogboek en testinvloeden. Het testhandboek is te vinden in bijlage 1.

4.3. Testen in de praktijk Voordat daadwerkelijk het dynamische gedrag (wegligging, stuureigenschappen enz.) van de FSRTE02 kunnen worden getest moet eerst de motor worden ingeregeld. Omdat de motorproefstand nog niet in gebruik is moest dit gebeuren tijdens de testdagen, wat de nodige kostbare testkilometers kost. Verder is het zo dat testen in de praktijk altijd anders verloopt dan gepland. Dit door allerlei problemen waartegen aangelopen wordt voor, tijdens en na het testen. Een opsomming van de FSRTE02 testproblemen: Voor het testen: • Vinden van een geschikte testlocatie • Beschikbaarheid van een geschikte testlocatie • Beschikbaarheid van de benodigde mensen • Constructieve staat van de FSRTE02 • Verzamelen van het nodige materiaal Tijdens het testen: • Onderdelen die het begeven • Elektrische storingen • Oververhitting • Veranderen van afstellingen Na het testen: • Onderdelen die zijn versleten • Nieuwe onderdelen • Verbetering van onderdelen • Veranderen van afstellingen • Beschikbaarheid monteurs Het vervangen en veranderen van onderdelen kost altijd meer tijd dan gepland. Daarbij komt dat de motor nog moest worden ingeregeld, wat betekend dat voor het testen op wegligging en stuureigenschappen (dynamische effecten) slechts weinig tijd overbleef.

11


4.4. Basis Set-up FSRTE02 De dynamica van de FSRTE02 is afhankelijk van allerlei instellingen van geometrische karakteristieke welke elkaar weer beïnvloeden. Om overzicht te creëren is een Mind-map gemaakt welke de invloeden voor en achter beschrijven. De Mind-map met dynamische invloeden is te vinden in bijlage 2. 4.4.1. Set-up afstellingen Aan de hand van afstelmogelijkheden van de wielophanging en invloeden op het rijgedrag zijn een aantal set-up afstellingen ontstaan, waarmee het grootste en belangrijkste deel van de dynamica van de FSRTE02 kan worden afgesteld. Opgesomd zijn dit: • Camber • Rolstijfheid en -damping • Toespoor • Caster • Bumpstijfheid en -damping • Ackermann • Bandenspanning • Rembalans In bijlage 3 staat een Mind-map met dynamische invloeden. 4.4.2. Set-up procedure (uitlijnen) Er is voor een praktische manier van uitlijnen gekozen, met zelfontworpen uitlijnmateriaal. Dit maakt het mogelijk zelf ten allen tijde de set-up te kunnen aanpassen, onafhankelijk van (andermans) dure apparatuur. Het uitlijnmateriaal bestaat uit: • Voor-uitlijnrij; 1800 mm lang • Achter-uitlijnrij; 2300 mm lang • Wielhoeken-rij; 430 mm lang • Uitlijntouw • Weegschalen • Uitlijntafels • Digitale waterpas • Schijf- en rolmaat • Bandenspanningsmeter • Rembalans draaiknop Met behulp van de achter-uitlijnrij, de digitale waterpas en de rolmaat kunnen de weegschalen worden gepositioneerd. Het is van groot belang dat deze voor het creëren van een betrouwbare uitlijning deze in het horizontale vlak staan. De uitlijntafels zorgen ervoor dat de hoogte en het verticaal stellen van de weegschelen mogelijk is. Dit kan door 3 poten in hoogte te stellen. Daarnaast is ervoor gezorgd dat de uitlijntafels diverse vrijheidsgraden meekrijgen zodat deze tafels geen krachten op de suspension kunnen uitoefenen. De tafel links achter heeft geen extra vrijheidsgraden meegekregen. De weegschaal staat dus vast op deze tafel. De twee voorste weegschalen (en dus wielen) kunnen in de x en y richting transleren en om de z-as roteren. De weegschaal rechtsachter kan enkel in de y richting transleren. Zo is het mogelijk de gehele auto hysterese vrij uit te lijnen zonder dat het gevaar bestaat dat de auto van de tafels afvalt. Een ander groot voordeel van de procedure is de snelheid waarmee het mogelijk is de totale auto uit te lijnen. Het is mogelijk de auto binnen één uur geheel uit te lijnen. Bijlage 4 beschrijft uitgebreid hoe de auto uitgelijnd dient te worden.

12


4.4.3. Set-up Voordat begonnen kan worden aan de dynamische testen, moet de auto zo goed mogelijk afhankelijk van theoretische afwegingen worden afgesteld. Dit noemen we de Set-up. Deze Set-up wordt automatische gebruikt als basis Set-up welke dient als referentie voor de race Set-ups. Aan de hand van een referentie kunnen dan de nodige gecontroleerde veranderingen in de afstellingen worden aangebracht. In deze Set-up staan de afstellingen als volgt ingesteld: • Bandenspanning afhankelijk van situatie • Bump- stijfheid nader te bepalen • damping nader te bepalen • Rolstijfheid front & rear = 22.000 Nm/rad • damping front & rear = 315 Nms/rad • Camber front = 3.15 deg / rear = 0 deg • Toe spoor front = - 0.5 mm / rear = 0 mm • Caster front = 7.6 deg • Ackermann front = neutraal • Rembalans front/rear = 75/25 In bijlage 3 staat een Mind-map met de Set-up + formules instellingen.

4.5. Test resultaten De eerste dynamische testen zijn gebruikt om balans in de auto te krijgen. Dit wordt in eerste instantie verwezenlijkt door op gevoel grof instellingen te doen. Pas nadat enigszins balans is gecreëerd kan, gebruik makend van alle data acquisitie materiaal, worden overgaan tot het werkelijk maken van een goede race set-up. Dit is in ons geval niet van toepassing omdat wij hier door gebrek aan testkilometers niet aan toegekomen zijn. 4.5.1. Balans Tijdens de eerste dynamische testen bleek al snel dat de FSRTE02 met de theoretische set-up veel onderstuur vertoond. Dit bleek overigens eerder al uit de simulaties. Dit hebben we in eerste instantie op het testcircuit kunnen reduceren door de Camberhoek voor te verkleinen tot 0.5˚. Aan het loopvlak en temperatuurverloop van de band was namelijk te zien dat alleen een klein deel van het bandoppervlak aan de binnenkant van de band werkt gebruikt. Na deze aanpassing bleef de FSRTE02 echter duidelijk onderstuur vertonen. Om dit te verbeteren hebben we in het motorhome de rolstijfheid aan de voorkant zoveel mogelijk verkleind en achter zoveel mogelijk vergroot. Zelfs dit bleek niet voldoende te zijn om het onderstuur volledig te elimineren. De auto stuurt nu goed de bocht in, maar waarneer de bocht uit geaccelereerd wordt de wil FSRTE02 maar één ding en dat is rechtuit gaan. Dit is voor een deel het gevolg van het torsie differentieel die de achterwielen voor een deel spert, een andere oorzaak zijn de Avon banden die maar niet op racetemperatuur willen komen. Verder is nog gespeeld met de roldemping en de bandenspanning. Bij een lagere bandendruk werd de bandentemperatuur iets hoger waardoor iets meer grip op de voorwielen werd gekregen. Door roldemping achter hard te zetten kregen we meer overstuur tijdens insturen.

13


Tot dan toe zijn alle tests uitgevoerd met de harde compount Avon banden welke niet warm bleken te worden, hoe hard er ook gereden werd. Tijdens wedstrijden wordt echter met de zachtere Hoosier banden gereden, welke door omstandigheden voor de wedstrijden nauwelijks tot niet getest zijn. Tijdens de eerste dynamische proeven in Engeland bleek al gauw dat de Hoosier banden in tegenstelling tot de Avon banden wel redelijk opwarmden, waardoor het power onderstuur deels veranderde in power overstuur. Dit tot vreugde van de coureurs die zo de FSRTE02 veel beter in goede banen kunnen lijden. Echter warmen de banden nog steeds niet genoeg op. Dit heeft voornamelijk te maken met de keus voor een te grote bandenmaat, welke op een raceauto met dus danig laag gewicht als de FSRTE02 niet willen opwarmen. Dit is te danken aan een te groot banden oppervlak waardoor te weinig bandenwrijving wordt verkregen. 4.5.2. Race Set-up Zoals op te maken is uit de Testresultaten is de Race Set-up ontstaan uit een aantal grof instelling waarmee getracht is zoveel mogelijk balans te creëren in de FSRTE02. Doordat tijdens het testen gereden is met een andere band als tijdens de race, is dit zeker niet de optimale set-up. Tijdens de wedstrijden is echter geen tijd geweest om hier nog enige verbetering in te brengen.

Fig. 8: FSRTE02 in actie tijdens de wedstrijd in Engeland

14


5.

Model vs. Metingen

5.1. Inleiding Dit hoofdstuk beschrijft de overeenkomsten en verschillen tussen het multi-body model en de werkelijkheid. Allereerst moet in het achterhoofd gehouden worden dat diverse onderdelen van het model significant anders zijn dan de werkelijkheid. Dit zijn o.a. de aandrijflijn en het bandenmodel. De aandrijflijn is gemodelleerd zonder reële koppelkromme, versnellingsbak en differentieel. De parameters van het bandenmodel komen niet overeen met de gebruikte banden. Dit zal betekenen dat de acceleratie eigenschappen positiever dan de werkelijkheid zullen zijn en de wegligging niet in zijn geheel zal overeenkomen. Wel is het zinvol met deze aannames een vergelijk te maken.

5.2. Dwarsversnelling Door meetdata te vergelijken met het model kan onderzocht worden in welke mate het model correleert met de werkelijkheid. Dit is gedaan met de meetresultaten welke verkregen zijn tijdens een Formula Student race in Italië, waarbij de auto tweemaal een cirkel rechtsom en tweemaal linksom rijdt. In figuur 9 wordt het model met de werkelijkheid vergeleken. In de praktijk situatie is de snelheid gemeten aan het linker en rechter wiel. Deze waarden worden gemiddeld om de voertuigsnelheid Vx te berekenen. Ook zijn de stuurwielhoek en de dwarsversnelling gelogd. Dit zijn de groene lijnen. Om een reëel vergelijk te maken is het stuurwielhoek signaal uit de praktijk gebruikt voor input van het model. Om het model de snelheid uit de praktijk te kunnen laten volgen is een bestuurdersmodel gemaakt welke bestaat uit een simpele cruise control met PI regelaar. Het bovenste deel van figuur 9 geeft de snelheid van het model en de praktijk weer. Hierin is te zien dat het model de snelheid uit de praktijk goed volgt. Enkel tijdens afremmen, wat met name op de motor gebeurt, kan het model niet genoeg afremmen. We zien hier ook duidelijk dat het model meer tijd nodig heeft een bepaalde snelheid, tijdens afremmen, te halen. Dit komt ook doordat de remmen niet als input gebruikt worden in het bestuurdersmodel. Dit zal echter voor de simulatie een geringe invloed hebben.

15


Fig. 9: Model vs. Metingen

In bovenstaande plot is te zien dat de door het model berekende dwars versnelling goed overeenkomt met de werkelijke dwarsversnelling. Hier en daar zie je wat onderlinge verschillen, zo blijkt dat de dwarsversnelling uit het model net iets minder groot en zijn er diverse pieken/dipjes te zien welke in de praktijk niet voorkomen. Dit is te verklaren aan een aantal onvolledigheden in het model welke in de inleiding al zijn aangegeven. Zowel uit het model als de praktijk blijkt de maximale dwars versnelling 1.4 g te zijn. Uiteindelijk kan geconcludeerd worden dat het model redelijk goed correleert met de werkelijkheid. Er moet wel rekening gehouden worden dat dit een redelijke steady-state situatie is.

16


Daarnaast is het driver model aangepast zodat ook remmen mogelijk is. Hierbij wordt de output van de regelaar geïnverteerd om een remkoppel op te kunnen leggen. Met dit driver model is de autocross test, welke in Italië is verreden, vergeleken. Tijdens deze test moet de auto een volledige ronde op het circuit afleggen en daarna het circuit verlaten. Er wordt dus op koude banden gereden. Het blijkt dat het model nu is staat is de werkelijk gereden snelheid zeer nauwkeurig te volgen, zie figuur 10.

Fig. 10: autocross model vs. metingen

De dwarsversnelling volgt redelijk nauwkeurig. Het model wijkt toch op diverse punten af van de werkelijkheid. Ook zijn de hoogfrequente trillingen uit de praktijk niet terug te zien in het model. Daarnaast is getracht het gereden circuit te plotten aan de hand van de gelogde data tijdens de autocross test. Figuur 11 laat een satelliet foto van het circuit zien. Tijdens de race zijn hier wel diverse slaloms en chicanes toegevoegd. Hiervoor zijn de laterale acceleratie en de snelheid in de x-richting gebruikt.

17

Fig. 11: Autocross circuit


Via een eenvoudige relatie is de yaw-hoek berekend. Door de laterale acceleratie dubbel te integreren en de snelheid enkel is de relatieve plaats van het voertuig te bepalen. Als hierbij rekening wordt gehouden met de yaw-hoek is het mogelijk de absolute plaats van het voertuig te bereken. Echter is het resultaat teleurstellend. Waarschijnlijk zijn de gemeten signalen niet nauwkeurig genoeg en worden er teveel aannames gedaan. Ook zal de cumulatieve fout tijdens integratie bijdragen aan een slecht resultaat.

5.3. Acceleratietest Onderstaande figuren vergelijken de acceleratietest van het model en de werkelijkheid. Deze test is gedaan in Engeland tijdens de officiële race. De gemeten tijd door de apparatuur in Engeland was 4.46 seconden om 75 meter af te leggen. Echter is dit niet helemaal correct omdat de auto 30 cm voor de eerste meetpaal start en de transponder achter op de auto bevestigd is. Dit betekent dat de auto al snelheid heeft voordat de meting start. Deze test is zonder launch control uitgevoerd. Dit maakt de vergelijking wat reëler.

Fig. 12: Acceleratietest (snelheid – afgelegde weg)

Bovenstaande figuur geeft de snelheid tegen de afgelegde weg weer. waarbij de blauwe lijn het model is en de groene de werkelijkheid. We zien dat het model een snelheid van 116 km/h bereikt na 75 meter. In werkelijkheid is dit 96 km/h. Dit verschil is vooral te wijten aan het verschil in motor, powertrain en banden van het model. Toch zien we een zeer vergelijkbaar profiel. Ook is het schakel moment bij 60 km/h duidelijk te zien.

Fig. 13: Acceleratietest (snelheid – tijd)

18


Onderstaand figuur op de vorige bladzijder geeft de snelheid tegen de tijd weer. Ook hier zien we een duidelijke overeenkomst. Echter na het schakelen naar de tweede versnelling wijkt het model af. Uit deze figuur kunnen we ook afleiden wat de 0 tot 100 sprint is. Het model haalt 100 km/h in 4 seconden, terwijl hier in werkelijkheid 5.1 seconden voor nodig is.

5.4. Throttle on/off 5.4.1. Throttle off Tijdens “throttle off” of afremmen in een bocht kan een auto anders reageren dan tijdens de steady-state circular test. Dit is te wijten aan de veranderde gewichtsverdeling. Het voorste wiel welke zich aan de buitenkant van de bocht bevindt zal een verhoogde kracht in z-richting krijgen wat resulteert in een grotere wrijving ellips. Hierdoor kan deze band een grotere kracht in laterale en longitudinale richting overbrengen. Het omgekeerde geldt voor de wielen waarbij de kracht in z-richting minder wordt. In de praktijk zorgt dit voor een betere insturende auto. De rol demping heeft invloed op de snelheid van het aanpassen van de gewichtverdeling. Met deze instelling is het dus mogelijk invloed uit te oefenen op Throttle on/off dynamische effecten. 5.4.2. Throttle on Throttle on is het omgekeerde van throttle off. In de praktijk wordt de auto sterk onderstuurd. Dit komt doordat de kracht in z-richting op de achterwielen groter wordt, en doordat het gebruikte Torsen-differentieel te sterk het koppel naar het binnenste achterwiel verplaatst. Echter is dit differentieel niet in het model opgenomen. Er bestaat ook nog geen test in het model welke deze dynamische eigenschappen kan simuleren. Een vergelijk is dus niet mogelijk.

19


6.

Aanbevelingen

6.1. Inleiding Aan de hand van de ervaringen met de FSRTE02 op het gebied van de dynamica kunnen verschillende aanbevelingen gedaan worden. Deze zijn opgedeeld in aanbevelingen betreffende de voertuigdynamica, ontwerp, constructie en materiaalkeuze, elektronisch, het multi-body model en innovatieve aanpassingen.

6.2. Voertuigdynamica De ideeën achter de ophanging zijn zeer innovatief te noemen, echter zijn er nog diverse verbeterpunten: 6.2.1. balans •

•

•

•

•

•

De verhouding tussen de rolcentra voor en achter is niet goed. Achter moet het rolcentrum omlaag. Dit resulteert in een minder onderstuurde auto en voorkomt tevens het jacking effect achter (minder positieve camber tijdens laterale versnellingen). De wielbasis van de auto is waarschijnlijk te kort. Hierdoor leveren de laterale krachten van de banden een kleiner yaw-moment. Door de voorwielen verder naar voren te plaatsen kan ook hierdoor het onderstuur probleem verbeterd worden. Er moet dan wel opgelet worden dat de onafgeveerde massa (kleinere wielen) zo klein mogelijk is, want anders neemt de yaw-traagheid van het voertuig weer teveel toe. De spoorbreedte van de achterwielen moet smaller gemaakt worden. Hierdoor zal tijdens het nemen van een bocht de normaalkrachten op de achterste wielen meer toenemen. Hierdoor zal de cornering stiffness van de achterwielen negatief beïnvloed worden en zal de auto beter in balans komen. Een ander voordeel is dat een smallere spoorbreedte achter gunstig is bij het nemen van slaloms. De auto hoeft minder zijwaartse afstand af te leggen en zal dus sneller zijn. Het voorstel is om de spoorbreedte voor te verkleinen naar 1250 mm. Achter mag volgens het reglement de spoorbreedte dan minimaal 75% van de spoorbreedte voor zijn. Dit is 937,5 mm. De positie van de coureur kan door deze onderuit te leggen meer naar voren geplaatst worden. Hierdoor schuift het zwaartepunt van de coureur en dus auto verder naar voren. Deze komt dan meer richting het midden van de auto te liggen. Ook zal het zwaartepunt lager worden. Echter zal hierdoor de massa minder gecentraliseerd worden in het zwaartepunt waardoor de yaw-inertia weer toeneemt. De rolstijfheid en demping kunnen eenvoudiger aangepast worden dan nu het geval is. Een mogelijkheid is een traploos verstelbare hefboomaanpassing. Deze is al ontworpen voor de FSRTE02. Traction control toevoegen voor maximale longitudinale en laterale acceleraties in bochten. Echter wel instelbaar op het dashboard voor maximale flexibiliteit. Hierbij kan direct launch-control ingezet worden tijdens accelereren vanuit stilstand.

6.2.2. Onderstuur tijdens accelereren •

Kleinere bandenmaten zorgen voor een snellere opwarming van banden, een geringere yaw-inertia en een lager onafgeveerd gewicht. banden kunnen smaller, echter is het niet aan te bevelen om velgdiameter te verkleinen, omdat dan het basis ontwerp van

20

de De de de


•

•

ophanging en chassis veranderd moet worden. Ook verkleint het contactoppervlak met het wegdek in longitudinale richting. Hierdoor kunnen kleinere krachten opgewekt worden. Een smallere bandenmaat verkleint dit oppervlak ook, echter zal het moment om de KPI as kleiner zijn wat een lichter stuurgedrag geeft. Vandaar dat de voorkeur bestaat voor een smallere band, maar niet voor een veel kleinere diameter. De breedte van de achterbanden gelijk aan die van de voorbanden geeft een auto welke beter in balans is, omdat in het huidige ontwerp gebleken is dat de auto achter te veel grip heeft. Echter wordt hierdoor tijdens de acceleratietest ingeleverd op prestatie. Het Torsen differentieel spert in meer of mindere mate, afhankelijk van het opgelegde koppel door de motor. Tijdens accelereren in een bocht wordt teveel koppel naar het binnenste wiel geleid wat resulteert in een yaw-moment tegengesteld aan het moment van wat je zou willen. Hierdoor zal de auto ‘glijden’ over de voorwielen tijdens accelereren in een bocht (onderstuur). Een oplossing voor dit probleem is een differentieel te nemen met minder sper. Echter is een Torsen differentieel ten strengste af te raden, omdat een dergelijk differentieel niet in te stellen is. Mocht men toch willen kiezen voor een Torsen differentieel dan zal uit simulaties en praktijk testen moeten blijken wat de meest gunstige sperverhouding is. De volgende punten illustreren andere en wellicht betere opties: o Een geschikter differentieel zou een viscous limited slip differential zijn. Dit differentieel is in te stellen en daarom flexibeler in te zetten in een race auto. Een bijkomend voordeel is dat deze differentiëlen eenvoudiger te modelleren zijn. Toch verdient het de aanbeveling ook voor een dergelijk differentieel een proefstand te ontwerpen. o Een tweede oplossing is een actief differentieel. De voordelen van een dergelijk differentieel is dat deze geregeld ingezet kan worden, zodat de wegligging actief geregeld kan worden. Dit komt de prestaties sterk ten goede. Echter kost het veel tijd een dergelijke regeling te ontwerpen. Daarbij komt dat deze differentiëlen prijzig zijn in aanschaf. o De ultieme oplossing is het combineren van een open differentieel met outboard brakes achter. Door het actief aansturen van geregelde remdruk eenheid (ABS eenheid), welke de remdrukken op elk wiel afzonderlijk regelt, kan een limited slip differential gebouwd worden. Dergelijke oplossing is eenvoudig te modelleren, goedkoop in aanschaf en heeft een lichte massa. Echter de nadelen zijn dat het ontwerpen van een regelaar zal veel testtijd kosten en de outboard brakes een groter onafgeveerd gewicht met zich mee brengen.

6.2.3. Wendbaarheid •

•

De auto moet lichter sturen zodat de coureur sneller het stuur van de ene naar de andere kant kan draaien en minder vermoeid raakt tijdens de Endurance event. Lichter sturen kan bereikt worden door een lichtere auto, een kleinere mechanical-trail (caster hoek) van de voorwielophanging, een kleiner scrubradius (KPI) van de voorwielophanging en een smallere bandenmaat voor. De huidige scrubradius en mechanical-trail zijn aan de hoge kant. Deze geven een te grote rechtuit stabiliteit waardoor de auto zwaar stuurt. De massa van de auto moet kleiner en lager geplaats worden. Dit resulteert mede in een kleinere yaw-inertia. Voornamelijk de onderdelen die zich ver van de z-as (in het C.G.) van de auto bevinden moeten lichter.

21


De afstand tot de z-as in het C.G. werken kwadratisch door in de yawinertia. Dit zijn onder andere de banden, velgen, uprights, suspensionbox, pedalbox, diffentieel, aandrijfassen, body, remschijven, remklauwen en aarmen. 6.2.4. Remmen •

•

•

De slag van rempedaal is te kort. Dit komt omdat de zuigers van de remcilinders die aan het pedaal zitten een te grote diameter hebben en/of de overbrengingsverhouding moet groter. Hierdoor moet te veel kracht gezet moet worden door het been van de coureur en kan er niet goed genoeg gedoseerd worden. De rembalans moet instelbaar zijn op het dashboard. Als gebruik gemaakt wordt van een geregelde remdruk eenheid, zoals beschreven op de vorige pagina, is dit niet nodig. Outboard brakes achter in verband met wisselende koppelpieken op de aandrijfassen. Hierdoor zullen de aandrijfassen beter bestand zijn tegen vermoeiing. Ook zal de achterkant minder ‘stuiteren’ tijdens aanremmen bij bochten.

6.3. Ontwerp, constructie en materiaalkeuze •

• • •

•

•

•

De pedalenmodulen vervangen door een eenvoudiger en lichter exemplaar, welke slechts beschikt over een rempedaal voor de linkervoet en een gaspedaal voor de rechter. De koppeling kan verplaatst worden achter het stuur. Deze wordt dan met de hand bediend. De krachten hiervoor zijn laag genoeg, gezien op een motorfiets met hetzelfde systeem gewerkt wordt. Als voorbeeld kan een 125cc schakel kart koppelingshendel gebruikt worden. De bumpstijfheid en demping moeten eenvoudiger aan te passen zijn. Dit kan door het ontwerp van de suspension box aan te passen. De stuurasoverbrenging kan lichter en met name spellingsvrijer waardoor sneller en nauwkeuriger gestuurd kan worden. De stuuras onder een hoek monteren ten opzichte van het wegdek. Hierdoor kan beter kracht uitgeoefend worden op het stuur. Echter als het huidige concept behouden blijft is dit moeilijk te realiseren. De eindoverbrenging korter, waardoor meer versnellingen gebruikt kunnen worden, zodat de motor in een efficiënter toerental bereik ingezet wordt. Echter moet het maximaal te gebruiken versnelling tijdens endurace beperkt worden tot ongeveer 3-4. Dit dient dan wel gecombineerd te worden met schakelflippers/schakelringen achter het stuur of een geactueerde schakelas, omdat anders te veel met een hand gereden moet worden. Dit voorkomt schakelfouten en tijdverlies tijdens schakelen. De resterende versnellingen kunnen verwijderd worden uit de versnellingsbak om gewicht te besparen. Toepassen van quickshifting door het onderbreken van ontsteking en/of injectie tijdens schakelen. Hierdoor kan met volledig geopende gasklep geschakeld worden. De schakeltijd kan hierdoor drastisch verkleind worden. Als dit systeem in combinatie met een geactueerde schakelas wordt uitgevoerd kan er nog meer gewonnen worden. Schakeltijden van 50 tot 60 milliseconden zijn haalbaar op straatmotoren. Echter is dit afhankelijk van de gebruikte actuator. Wellicht zijn schakelflippers of ringen aan het stuur betrouwbaarder en goedkoper. Het Alucore chassis gebruiken als body of een extreem lichte body ontwerpen om massa te besparen.

22


•

•

•

•

•

•

•

•

Het spannen van de ketting moet betrouwbaarder en eenvoudiger. Dit voorkomt speling in de aandrijflijn en geeft een beter handelbaardere auto. Als gekozen wordt voor flexplates is het schuiven met het differentieel geen optie. Schuiven met de motor kan, maar resulteert in een ander zwaartepunt van de auto. Een spansysteem blijft een optie. Aandrijfassen met een groter/langer elastisch gebied zodat deze zwaarder belast kunnen worden. Dit betekent dat er gekozen moet worden voor een ander materiaal. Stijvere aandrijfassen resulteren waarschijnlijk in schade op andere plaatsen in de aandrijflijn. De stangen in de a-arms niet lassen in verband met vermoeiingsverschijnselen. Uit Multi-body simulaties en de praktijk blijkt dat de diverse stangen andere krachten opgelegd krijgen. Wellicht kan met de afmetingen gespeeld worden. Ook hier geldt dat door gebruik te maken van pijpen met een grotere uitwendige diameter en kleine wanddikte de stijfheid toeneemt en het gewicht af. De radiateur verplaatsen naar de zijkant van de auto. Hierdoor wordt het zwaartepunt naar beneden verlaagd en de motor beter gekoeld. Hierdoor kunnen twee kleine radiateurs toegepast worden welke zo dicht tegen de centrale as van de auto en zo laag mogelijk bevestigd moeten worden. Ook kan gekozen worden voor een enkele radiateur aan een zijde van de auto en de accu aan de andere zijde. Als beide massa’s gelijk zijn levert dit geen problemen op voor de balans in de auto. Het verdient niet de aanbeveling de tank aan de zijkant te plaatsen, omdat het brandstofniveau verandert tijdens het rijden en hierdoor dus ook de massa. De ergonomie van de rugleuning moet verbeterd worden. Hier kan gekozen worden voor individuele stoelen voor de coureurs. Deze kunnen eenvoudig en licht gemaakt worden met PUR schuim. De motor afstellen voor een vlakke koppelcurve en goede respons op lage toerentallen. Dit zorgt voor een beter beheersbare auto, met name tijdens de skid-pad event. De rolbeugel ontwerpen op een 95% mannetje zodat tijdens de technische keuring hier geen problemen ontstaan. Hierbij moet met ook rekening houden met een marge voor kleding, stoel etc. Toepassen van lichtere bevestigingsmaterialen met de goede afmetingen. Hier kan zeer veel gewicht bespaard worden. Kijk hierbij naar exotische materialen zoals titanium/kunststof/aluminium of speciaal voor de racerij ontwikkelde bouten. Uit simulaties kan blijken wat de minimale afmetingen kunnen zijn.

6.4. Elektronisch •

•

•

Aanschaf van een professioneel datalog systeem. Het Motec motormanagement systeem heeft de mogelijkheid gegevens te loggen. Dit is een mooie combinatie. Zeker omdat motorgegevens synchroon gelogd kunnen worden met chassis gegevens. Echter zal in de toekomst het aantal ingangen en log geheugen te beperkt worden. Motec levert hardware waarmee het mogelijk is meerdere sensoren aan te sluiten (multiplexer), ook is het loggeheugen uit te breiden via een CAN-bus. Ontwikkelen van een goed dataverweking systeem. Het huidige systeem is te omslachtig en kost te veel tijd om de data te beoordelen. Dit moet direct na een gerede test sessie beoordeeld kunnen worden om aanpassingen aan de afstelling door te kunnen voeren. Aanschaf van goede sensoren. Hierbij moet men denken aan hallsensoren voor het meten van alle 4 de wielsnelheden. Laterale en

23


•

•

longitudinale versnellingopnemers met een grote nauwkeurigheid en roll/pitch correctie. Goede yaw-rate sensor voor de z-as. Goede stuuruitslag sensor. Gear indicator sensor etc. Een volledig telemetrie systeem is natuurlijk de ultieme oplossing. Het dashboard aanpassen met enkel een zeer felle en naar de coureur gerichte shiftindicator LED, laag olie niveau LED en neutraal LED. Dus geen toerenteller gear-indicator en andere fancy tellertjes. Mocht men denken dat dit negatief werkt voor de design presentatie dan volledig LCD dashboard, maar wel met de losse shiftindicator LED Instelbare launch en traction control op het dashboard. Met name traction control dient instelbaar te zijn om de toelaatbare slip op de achterwielen te veranderen voor optimale prestaties in bochten. Ook moeten deze systemen uit te schakelen zijn om in geval van problemen tijdens de diverse events door te kunnen rijden. In geval van een actief differentieel moet ook deze instelbaar zijn op sper.

6.5. Multi-body model Het huidige model kan nog op diverse punten uitgebreid worden. In dit gedeelte zullen de belangrijkste behandeld worden, welke waarschijnlijk de grootste invloed op het dynamische gedrag zullen hebben. 6.5.1. Differentieel model Het differentieel in het huidige model dient te worden vervangen door een welke overeenkomt met een welke gebruikt wordt in de praktijk. Voor de FSRTE02 is dit een Torsen differentieel van een Mitsubishi EVO rally auto. Echter zijn de gegevens van dit differentieel niet te achterhalen. Er zal een proefstand ontworpen en gemaakt moeten worden waarin de parameters van dit differentieel achterhaald kunnen worden. Echter is het voor de FSRTE03 verstandig te kiezen voor een ander differentieel (zie voertuigdynamica). 6.5.2. Powertrain De powertrain is in het huidige model gemodelleerd als een eenvoudige verbrandingsmotor met ideale overbrenging. De verbrandingsmotor dient gemodelleerd te worden aan de hand van de metingen aan de motor proefstand. Dit zorgt voor een reële koppel afgifte aan de wielen. De versnellingsbak kan gemodelleerd worden volgens de ratio’s van de standaard versnellingsbak uit een GSX R-600 k2. Voor de bediening kan een eenvoudig driver model gemaakt worden welke open terugschakelt bij een vast toerental. Hierdoor zal een reëlere simulatie van de acceleratietest en circuittest gesimuleerd kunnen worden. 6.5.3. Parameters bandenmodel Een cruciaal onderdeel van het multi-body model is het bandenmodel. Een groot van het handelingsgedrag is afhankelijk van de banden. Goodyear levert een speciale band welke ontwikkelt is voor gebruik bij Formula Student. Bij deze band zijn beperkt gegevens verkrijgbaar. De FSRTE02 staat op Hoosier banden, gegevens van deze banden zijn niet voorhanden. Ongeacht de keuze van de banden zal er gemeten moeten worden op de bandenmeetwagen van TNO. Hiermee dient direct bij de aanvang van het nieuwe seizoen begonnen te worden, omdat deze gegevens van belang zijn bij de simulaties. Hierbij is de bandenspanning ook van belang. Een gemiddelde, welke de leverancier aanbeveelt, kan hier als richtwaarde genomen worden.

24


6.5.4. Chassis stijfheid In het huidige model is het chassis als oneindig stijf gemodelleerd. Aangezien gebruikt wordt gemaakt van een stijf chassis is deze aanname geoorloofd. Om echter een nauwkeuriger model te ontwerpen dient het de aanbeveling de stijfheden van het chassis mee te nemen in het model. Deze stijfheden kunnen eenvoudig uit een EEM model overgenomen worden.

6.6. Innovatieve aanpassingen Onderstaande verbeterpunten zullen waarschijnlijk niet realistisch zijn om door te kunnen voeren in de FSRTE03 maar eerder in de FSRTE04. • Zoals al aangestipt in het kopje voertuigdynamica, een combinatie van een open differentieel met outboard brakes achter. Door het actief aansturen van geregelde remdruk eenheid (ABS eenheid), welke de remdrukken op elk wiel afzonderlijk regelt, kan een limited slip differential (LSD) gebouwd worden. • Een ander voordeel van een dergelijk systeem is dat zonder toevoeging van verdere hardware een ESP-achtig systeem ingezet kan worden. Hierdoor kan veel winst in slaloms, chicanes en de skidpad event behaald worden. Een ander voordeel van het gebruikt van een ABS eenheid is dat het ook mogelijk wordt een soort van ESP toe te passen, maar dan gericht op race doeleinden. Met name in slaloms en chicanes kan dit voordeel opleveren. Met deze oplossing worden twee vliegen in 1 klap geslagen zonder dat de gewichtstoename ten opzichte van een actief differentieel significant is. • Nog een voordeel is dat er nu ook rekening gehouden kan worden met longitudinale en laterale versnellingskrachten tijdens het remmen. Hierdoor kunnen de optimale remkoppels per wiel gebruikt worden voor een maximale vertraging, ook in bochten. • Active suspension in de vorm van aanpasbare rollratio’s, eveneens aanzienlijke verbetering in handelbaarheid en een geringe massa toename • Actief aanpasbare bumpstijfheden. Dergelijke systemen zijn in ontwikkeling. De TU/e heeft hier ook aan gewerkt • Actieve achterwielsturing voor een snellere yaw-acceleratie en een verder naar voor gelegen denkbeeldig draaipunt. Hierdoor kunnen slaloms sneller genomen worden. • Geactueerde koppeling welke het koppel of de rotatiesnelheid van de uitgaande as als input neemt. Hierdoor kan veel gewonnen worden tijdens de acceleratie test.

25


Bijlage 1.

Testhandboek

26


27


28


29


30


31


32


33


34


35


36


37


38


39


40


41


42


Bijlage 2.

Mind-map dynamische invloeden

43


Bijlage 3.

Mind-map Set-up afstellingen

44


Bijlage 4.

Set-up procedure

Het positioneren van de weegschalen: Bij het afstellen van de tafels gebruiken we een goede digitale waterpas. Een hoogteverschil tussen twee tafels van 0,1 mm is acceptabel. We gebruiken de volgende procedure: • •

•

•

•

We beginnen het afstellen van de tafels met het bepalen van de precieze positie van de tafels. Horizontaal stellen van een tafel bv. linksvoor, in de autosport begin je altijd linksvoor. Dit doen we door de tafel eerst in langsrichting horizontaal te stellen en daarna in dwarsrichting. En daarna controleren en zo nodig corrigeren. Over het algemeen is dit een lastig karwei omdat als je een richting corrigeert je de andere iets verandert. We leggen nu een rechte lat (achteruitlijnrij) van linksvoor naar rechtsachter en meten met de waterpas het hoogteverschil. Hierna stellen we de tafel rechtsachter hoger of lager en daarbij stellen we deze ook ongeveer horizontaal. Dit is een afwisseling van hoogteverschil meten, hoogte instellen en horizontaal stellen. Als we het hoogteverschil goed hebben, dan stellen we de tafel precies horizontaal (daarna hoogte verschil weer controleren). Nadat we rechtsachter ook hebben afgesteld gaan we van rechtsachter naar rechtvoor en we stellen rechtsvoor op dezelfde wijze als rechtsachter. Hierna doen we hetzelfde van rechtsvoor naar linksachter. Ter controle meten we ook het hoogteverschil tussen linksvoor en linksachter aangezien het mogelijk is om fout op fout te maken, het klopt bijna altijd.

Het monteren van de voor- en achter-uitlijnrij: •

•

Bevestig de voor-uitlijnrij met de montageflappen. Gebruik hiervoor de bevestigingspunten aan de zijkant van de auto. Schroef de achter-uitlijnrij aan het achterspant. Dit gaat als volgt; schroef eerst de twee draadeinden in de hiervoor getapte schroefdraden in het achterspant. Schuif dan de twee

45


•

steunkokers over de draadeinden, waarna de draadeinden door de onderste gaten van de achter-uitlijnrij kunnen worden gestoken. Hierna kan de uitlijrij worden aangetrokken met twee vleugenmoeren. Hang nu het uitlijntouw in de hiervoor speciaal aangebrachte gevijlde gleufjes van de uitlijnrijen (90 cm vanaf hard-as lengte richting). Zorg dat er gewichtjes hangen aan de uiteinden van de twee uitlijntouwen zodat het uitlijntouw strak langs de auto gespannen staat.

Het meten: •

•

• • • •

De gewichtsverdeling is af te lezen van de weegschalen computer. Let er op dat de weegschalen op nul staan (druk op de Zero knop) voordat de auto erop gezet wordt. Door het lengte verschil tussen voorzijde velg en achterzijde velg met het uitlijntouw te meten kan het toe spoor en ackermann principe berekend. Ook kunnen de wielen ten opzichte van elkaar worden uitgelijnd. Het is aan te bevelen hierbij de wielhoeken-rij te gebruiken. Met behulp van de wielhoeken-rij met daartegen aan de digitale waterpas kan de camberhoek worden afgelezen. Door de digitale waterpas op een vlakke kant van de fusees te zetten kan de casterhoek worden afgelezen. KPI kan eventueel gemeten worden door de waterpas aan de achterkant van de fusees te plaatsen. Hierbij moet echter ook een correctie factor worden toegekend.

Uitlijntouw positie

Meten van toe spoor

46

Meten van camber


Meten van caster

Weegschalen computer met display

Het Afstellen: • •

•

• •

•

•

Zorg ervoor dat je voor je begint met afstellen de auto op de juiste rijhoogte hebt staan en horizontaal mogelijk. De gewichtsverdeling kan worden afgesteld door de lengte verstelling van de rockers in de suspensionbox. Dit kan zowel voor als achter, meestal is aan een zijde genoeg om een goede gewichtsverdeling te krijgen. Aan te bevelen is de suspensionbox voor te gebruiken omdat daar de meeste ruimte ligt om te sleutelen. Voor het verstellen van de wielhoeken geld eigenlijk dat deze variabel met alle rods te zijn verstellen, echter heeft een lengte verstelling van één enkele rod invloed op alle wielhoeken standen. De onderstaande afstellingen zijn daarom slechts aanbevelingen en hebben grote invloed op elkaar. Het komt in de praktijk neer op steeds een beetje verstelling en nameten net zolang tot alle wielhoeken goed zijn afgesteld. De camber hoeken kunnen het best worden afgesteld met verstelling van de beide rods van de bovenste of onderste A-arm, zorg ervoor dat je altijd aan beide zijden dezelfde A-arm versteld. De casterhoek is het best verstelbaar door kruisenlinks een rod van de bovenste en onderste A-arm te verstellen. Ook hier weer links en rechts dezelfde rods gebruiken. Let op dat beide hoeken exact gelijk zijn. Het toespoor en ackermann is gemakkelijk te verstellen met de spoor stang. Let aan de voorkant op dat het stuurwiel zo recht mogelijk staat en stel af zodat de wiel uitslagen even groot zijn. Hierdoor wordt de totale stuuruitslag benut.

Zorg dat je zorgvuldig en precies te werk gaat, kleine verschillen zijn van grote invloed op het dynamische gedrag van de auto!!!

47


Totaal overzicht van de FSRTE02 tijdens Set-up procedure

48


Bijlage 5.

Mind-map set-up + formules

49

Voertuigdynamica FSRTE02

Recommend Documents