Single Wheel Dynamics of a Semi-Active Suspension

Abstract

Bilindustrien, og spesielt motorsporten, ser alltid etter nye måter å forbedre ytelsen på kjøretøy. I et forsøk på å øke ytelsen på en Formula Student racerbil, har et semi-aktiv hjuloppheng blitt utforsket og konstruert. Gjennom en analyse av et slik system ble det funnet at det kunne forbedre bilens veigrep og samtidig beholde karosseristabiliteten nødvendig for god aerodynamisk ytelse, og hjelpe til å raskere bygge opp temperatur i dekkene. For å validere den forventede ytelsesforbedringen ble to prototype adaptive dempere konstruert og testet, samt et en fjerdedels bil testoppsett som kan sammenligne ytelsen til et tradisjonelt hjuloppheng og et semi-aktivt. Prototypene veier mindre enn konkurransedyktige kommersielle dempere (totalvekt på demperen: 371g), og har et dempingsområde fra 500Ns/m til 4000Ns/m, som de kan justere mellom i løpet av så lite som 20ms. Inisiell testing av det passive hjullopphenget med testoppsettet viste god korrelasjon mellom simulert og målt ytelse. Prototypenes høye ytelse sammen med mulighetene for finjustering og validering av det elektriske systemet som testoppsettet gir betyr at gjennomførbarheten av et semi-aktivt hjulloppheng for bruk i Formula Student racerbiler er bevist. Videre arbeid involverer forbedringer i demperkonstruksjon basert på oppdagelser med denne første iterasjonen, samt finjustering av kontrollalgoritmen og elektronikken som styrer det semi-aktive hjulopphenget.

The automotive industry, and particularly motorsports, are always looking at new ways of enhancing vehicle performance. In an effort to increase the performance of a Formula Student racing car a semi-active suspension has been investigated and designed. Through analysis of such a system it was found that it could enhance single wheel performance while retaining the chassis stability needed for good aerodynamical performance, and aid in faster heating of the tires. To validate the performance gain two prototype adaptive dampers were designed, manufactured and tested, together with a quarter car test rig capable of benchmarking the prototypes against traditional passive dampers. The prototypes weights less than a competitive commercial passive damper (total weight 371g) and has a damping range from 700Ns/m to 4000Ns/m, which can be changed in less than 20ms. Initial testing of a passive system on the test rig showed good correlation between simulated performance and that measured. The successful performance of the prototypes together with the means of tuning and performance evaluation provided by the test rig means that the feasibility and the mechanical performance of a semi-active suspension for the use in Formula Student have been proven. Future work involve performance enhancing changes to the prototype dampers based upon experience from this first iteration, as well as tuning and performance evaluation of the control algorithms and electronics controlling the semi-active suspension.