Sistema de suspensió d'un vehicle Formula Student: Nou disseny

Abstract

La finalitat principal per la qual es regeix aquest treball de fi de Grau és la millora en termes de comportament dinàmic del vehicle DYN 05 de l’equip de Formula Student Dynamics UPC Manresa, emprant un nou tipus de sistema de suspensió anomenat Decoupled Suspension System. Aquest document comença amb un una introducció als termes clau relacionats amb la dinàmica vehicular. Es proporcionen definicions i explicacions de conceptes essencials per facilitar la comprensió de les seccions posteriors. Això permet als lectors adquirir una base sòlida en la terminologia i els principis que fonamenten els temes tractats al llarg de l’informe. Durant la fase de creació de la geometria, s'han analitzat i determinat els punts funcionals òptims per assegurar un comportament correcte del sistema de suspensió. Aquesta fase ha permès identificar les limitacions estructurals per garantir així una operació segura i eficient. En tema de càlculs, els valors obtinguts són raonables per a un monoplaça d’aquestes característiques a excepció del valor de la rigidesa de la molla corresponent al moviment Heave. Tot i que no és un valor exageradament gran, és major que la mitja comparada amb altres vehicles similars dels quals l’alumne ha tingut accés. Al ser un valor proporcionat per l’equip, s’ha decidit continuar amb aquest valor. Paral·lelament, s'han seleccionat els components comercials adequats per a l'assemblatge final. En el cas dels materials utilitzats en els balancins, la seva elecció és crítica per al rendiment global del sistema. La relació entre el baix pes i la capacitat de suportar càrregues és fonamental per maximitzar el rendiment d’aquests components, ja que influeixen directament en l’eficàcia del sistema de suspensió. Pel que fa als elements de fixació que formen part del model 3D, la conformitat amb els requisits geomètrics s'ha considerat suficient, atesa la seva estandardització. Això simplifica el procés de selecció d'aquests elements. De gran importància serveixen les optimitzacions topològiques per a millorar les característiques físiques dels balancins i dona forma al CAD final. Fins a més d’un 80% de material s’ha pogut extreure en algunes peces. A més els resultats obtinguts amb les simulacions de les peces finals mostren uns valors molt raonables, per tant, es determina que els resultats obtinguts en tots els processos de simulació són més que satisfactoris.

The main purpose guiding this undergraduate thesis is to improve the dynamic behavior of the DYN 05 vehicle from the Formula Student Dynamics UPC Manresa team, using a new type of suspension system called the Decoupled Suspension System. This document begins with an introduction to key terms related to vehicle dynamics. Definitions and explanations of essential concepts are provided to facilitate understanding of the subsequent sections. This allows readers to acquire a solid foundation in the terminology and principles that underlie the topics covered throughout the report. During the geometry creation phase, optimal functional points have been analyzed and determined to ensure proper behavior of the suspension system. This phase has allowed for the identification of structural limitations and the establishment of stiffness goals for each vehicle movement, thereby ensuring safe and efficient operation. Regarding calculations, the values obtained are reasonable for a single-seater of these characteristics, except for the stiffness value of the spring corresponding to the Heave movement. Although not excessively high, it is higher than the average compared to other similar vehicles the student has had access to. Since this value was provided by the team, it was decided to continue with it. Simultaneously, suitable commercial components have been selected for the final assembly. In the case of the materials used in the rockers, their choice is critical for the overall performance of the system. The relationship between low weight and loadbearing capacity is crucial to maximizing the performance of these components, as they directly impact the effectiveness of the suspension system. Regarding the fastening elements that are part of the 3D model, compliance with geometric requirements has been deemed sufficient due to their standardization. This simplifies the selection process for these elements. Topological optimizations are of great importance to enhance the physical characteristics of the rockers and shape the final CAD. Up to more than 80% of material has been removed in some parts. Additionally, the results obtained from simulations of the final parts show very reasonable values, thus it is determined that the results obtained in all simulation processes are more than satisfactory.