Αρχικός σχεδιασμός οχημάτων με κριτήριο την ευστάθεια

Abstract

In order to define the handling properties of a vehicle at the very first design stages many assumptions and simplifications are necessary. The most typical approach is by using simplified numerical methods for predicting the vehicle handling characteristics such as the one track vehicle model. In most cases this model doesn’t allows for successful choice of the basic geometrical dimensions of the suspension or the steering mechanism. For this reason a new more complete procedure is needed in order to choose the basic geometrical dimensions and properties of a vehicle at the first design stage. For the examination of the above characteristics a new mathematical model was developed and the stability and the directional behavior of a vehicle negotiating a turn at constant forward speed were analyzed. The value of the presented model is that the influence of both suspension and steering mechanisms to the final vehicle handling properties can be predicted with high accuracy without the need of their geometrical description. Finally, with the vehicle Formula ART 7 as basis parametrical analysis were made in order to examine the influence of the geometrical dimensions to the stability, directional control and handling properties of the vehicles.

Για τον προσδιορισμό της οδικής συμπεριφοράς ενός οχήματος κατά τα πρώτα στάδια του σχεδιασμού του, απαιτείται πλήθος παραδοχών και απλοποιήσεων. Η συνηθέστερη προσέγγιση γίνεται με τη βοήθεια απλοποιημένων υπολογιστικών διαδικασιών όπως αυτής του μοντέλου ενός ίχνους. Σε πολλές περιπτώσεις όμως η προσέγγιση αυτή δεν επιτρέπει την επιτυχημένη εκλογή των βασικών γεωμετρικών διαστάσεων της ανάρτησης και του συστήματος διεύθυνσης. Γι’ αυτό υπάρχει ανάγκη να αναπτυχθεί μία πιο πλήρης διαδικασία για την εκλογή των βασικών γεωμετρικών μεγεθών που χαρακτηρίζουν την οδική συμπεριφορά ενός οχήματος. Για τη διερεύνηση της επίδρασης των παραπάνω μεγεθών στην οδική συμπεριφορά ενός οχήματος ο κ. Καραογλανίδης ανέπτυξε ένα νέο μοντέλο υπολογισμού των συντελεστών ευστάθειας και κατευθυντικότητας ενός οχήματος τεσσάρων τροχών που μπορεί να εφαρμοστεί από το αρχικό στάδιο του σχεδιασμού του. Η αξία της προτεινόμενης διαδικασίας έγκειται στο γεγονός ότι τόσο η επίδραση του μηχανισμού της ανάρτησης όσο και του συστήματος διεύθυνσης μπορούν να προσδιορισθούν με επαρκή ακρίβεια χωρίς την ανάγκη της πλήρους γεωμετρικής περιγραφής τους. Σε επόμενο στάδιο της εργασίας του ο υποψήφιος υπολόγισε και σχεδίασε την ανάρτηση και το σύστημα διεύθυνσης του αγωνιστικού οχήματος Formula ART 7 του οποίου μέρος κατασκευάστηκε στο Εργαστήριο Στοιχείων Μηχανών και Μηχανολογικού Σχεδιασμού. Το όχημα αυτό επιτρέπει την μελέτη της επίδρασης διαφόρων γεωμετρικών παραμέτρων στην οδική συμπεριφορά του μέσω ρυθμίσεων του μηχανισμού της ανάρτησης και του συστήματος διεύθυνσης. Στη συνέχεια, έχοντας ως βάση σύγκρισης τα γεωμετρικά και τεχνικά χαρακτηριστικά του αγωνιστικού οχήματος ART 7, ο υποψήφιος επιβεβαίωσε την ακρίβεια των υπολογισμών συγκρίνοντας τους με τα αποτελέσματα που προκύπτουν με χρήση άλλων γνωστών μοντέλων. Συγκεκριμένα, επιλέχθηκαν το μοντέλο ενός ίχνους και η εφαρμογή ADAMS της MSC. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας του ο υποψήφιος χρησιμοποιώντας την προαναφερθείσα μεθοδολογία έκανε συγκριτική ανάλυση οχημάτων με μεταβλητές παραμέτρους και παρουσίασε διαγράμματα μεταβολής των συντελεστών ευστάθειας και κατευθυντικότητας. Τα διαγράμματα αυτά μπορούν να λειτουργήσουν ως συστάσεις για την επιλογή των βασικών γεωμετρικών και κατασκευαστικών μεγεθών των οχημάτων κατά το στάδιο του αρχικού σχεδιασμού.