<p dir="ltr">Car design is a complex task because of how highly integrated system of systems it is. Fine?designed car models take years of design and optimization and are usually done by specialty teams who are dedicated to each sub-system. This thesis delves into designing a simplified electric race car from scratch with focus on the performance envelope of it. First, a 3D CAD model was done using SolidWorks. That section deals with spatial engineering and strategic placement of major car components for best performance. Having most of the parts in place gives a rough estimate of CoG (Center of Gravity) location, which is needed for vehicle dynamics analysis, which are discussed later in the report. The target for this project car is to have innovative aerodynamics features which might not have been used before because of bulky internal combustion engines restricting available space. One of them is an airfoil-like fascia which makes the center part of the car act as a one big wing. That is believed to give a significant reduction in drag loads on the car. The approach for aerodynamics design and analysis started with a model representing the car’s OML (Outer Mold line) which was simulated separately using Siemens StarCCM+. After understanding the car’s body aero behavior, a rear wing was added to provide extra rear downforce for better handling and stability. The rear wing design was explained in detail. Unfortunately, due to time restrictions as well as software access issues, the aerodynamic analysis of the full car with rear wing is left for future work. After having an estimate about aero loads acting on the car, vehicle dynamics analysis could start. The first subject studied in vehicle dynamics was front-view suspension geometry analysis. Taking the available packaging and geometry into consideration, a 2D model was done in SolidWorks to optimize camber gain. This analysis gave the motion ratio of the front and rear pushrod suspension system which was needed to analyze the performance of the one-eighth car model, ½ car pitch model, and ½ car roll model. These models gave insights into the decision-making process for spring and damping rates to reach a good balance between performance and comfort. This project acts as a hub for further development and studies related to car design.</p>

Als elastische Koppelglieder üben Elastomere im Fahrwerk maßgeblichen Einfluss auf die Elastokinematik der Radaufhängung und damit auf die Radstellgrößen aus. Bereits einfache zylindrische Probekörper zeigten in der Vergangenheit Veränderlichkeit der Federsteifigkeiten bei mehrachsiger Belastung auf. Daraus ließ sich ableiten, dass das Bauteilverhalten von zylindrischen Elastomerkörpern, bzw. Fahrwerklagern, schwer vorhersagbar ist und dieser Effekt durch die Verwendung komplexer Geometrien zusätzlich beeinflusst wird. Eigens im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Prüfstände ermöglichten die Untersuchung von statischen, mehrachsigen Belastungen sowie zyklischen, einachsigen Belastungen zweier Fahrwerklager einer typischen Vorderradaufhängung, dem Mc-Pherson-Federbein. Für beide Lagertypen wurden derart signifikante Federsteifigkeitsänderungen unter mehrachsiger Belastung beobachtet, dass ein Einfluss auf die Elastokinematik sicher schien. Unter einachsiger, zyklischer Belastung bestätige sich, dass einfache rheologische Ersatzmodelle, wie der Ansatz nach Kelvin-Voigt für eine Modellierung des viskoelastischen Materialverhaltens weiterhin Gültigkeit besitzen. Ein in einem Mehrkörpersimulationsprogramm erstelltes Gesamtfahrzeugmodell zeigte zunächst für die Auslegung der Prüfstände relevante Beanspruchungen in den Fahrwerklagern auf und diente weiterhin als Grundlage für die Untersuchung des Einflusses von Wechselwirkungen auf die Radstellgrößen. Dazu behandelt die Arbeit die Modellierung eines neuen Fahrwerklagermodells innerhalb dieser MKS-Umgebung. Dieses Modell bietet dem Nutzer die Möglichkeit für eine Abbildung von Wechselwirkungen an zylindrischen, zyklisch beanspruchten Bauteilen. Ein spezielles Fahrmanöver zeigte den Einfluss der Wechselwirkungen auf die Radstellgrößen auf und zeigte, dass die Berücksichtigung von Wechselwirkungen für eine Fahrwerkauslegung relevant ist. Darüber hinaus wurde mit kommerziell verfügbaren Materialmodellen für die Beschreibung es Materialverhaltens von Elastomeren innerhalb der Finite-Elemente-Methode aufgezeigt, dass bei einachsiger Belastung die Federsteifigkeiten der Fahrwerklager auf Grundlage der in der Literatur üblichen Auslegungsgleichungen näherungsweise abgebildet werden können, jedoch für mehrachsige Spannungszustände keine hinreichende Aussage über das Bauteilverhalten getroffen werden kann. Hier wurde weiterer Forschung- bzw. Erweiterungsbedarf an den FE-Programmen aufgezeigt.