Den här kandidatuppsatsen undersöker möjligheten att konstruera ett system som med hjälp av ett rörligt aerodynamiskt element reglerar den nedåtkraft ett fordon utsätts för vid olika störningar. För att manipulera det aerodynamiska elementet utvecklas en aktuator. Flera olika mekaniska lösningar samt motorer och enkodrar undersöks för att ta fram en prototyp som uppfyller krav om tillräcklig kraft vid 80% bibehållen maxhastighet samt låg energiförbrukning. Den lösning som uppfyller alla krav och därmed används i den slutgiltiga prototypen är skruvdrift. Kraften som aktuatorn måste klara av tas fram med hjälp av Flow Simulation i Solidworks och är 100N inklusive en säkerhetsfaktor på 1.5. FEM-analys används för att validera prototypens mekaniska komponenter. Alla komponenter visar sig klara målet om belastning på 100N. Ett kaskadreglersystem tas fram för att reglera fordonets nedåtkraft och därmed dämpa påverkan från störningar så som plötsligt förändrade vindförhållanden. Då det inte finns några möjligheter att testa systemet i riktiga vindförhållanden tas en simuleringsmiljö fram. Fordonets hjulupphängning modelleras som ett mekaniskt system med massor, fjädrar och dämpare som sedan utsätts för olika krafter. Modellen beskrivs som ett system av differentialekvationer och implementeras tillsammans med reglersystemet i Simulink. Det aerodynamiska elementets påverkan på fordonets nedåtkraft vid olika vinklar tas fram med Flow Simulation i Solidworks. Vid validering av reglersystemet utvärderas varje reglerloop för sig. Hastighetsreglering utformas och testas för att kunna hålla en jämn hastighet även vid belastning. Positionsregleringens krav är att köra aktuatorn med dess maxhastighet vid en stegformad börvärdesändring samt hålla översläng under 1%. Både hastighets- och positionsregleringen uppfyller sina krav. Hur störningar kan se ut i verkligheten är okänt i detta arbete, därför utvärderas regleringen av nedåtkraft genom frekvensanalys. Systemet utsätts för sinusformade störningar med olika frekvenser, förstärkningen vid alla olika frekvenser tas fram och sammanställs som ett Bodediagram. Diagrammet visar tydligt hur väl systemet klarar av att dämpa störningar med olika frekvenser.Även regleringen av nedåtkraft uppfyller målet om att hålla översläng under 1%. / This bachelor thesis explores the possibility to design a system that uses a movable aerodynamic element to control the downforce of a vehicle as it's exposed to different disturbances. An actuator is developed in order to manipulate the aerodynamic element. Different mechanical solutions, as well as motors and encoders, are evaluated to design a prototype that fulfills the requirements of adequate force while maintaining 80% of the maximum velocity as well as low energy consumption. The solution that fulfills all requirements and therefore is used in the final prototype is a lead screw drive. The required force that the actuator needs to withstand is decided with Flow Simulation in Solidworks. The required force is 100N including a safety factor of 1.5. FEA analysis is used to evaluate all mechanical components. The analysis shows that all components can handle the required force. A cascade control system is developed to control the downforce of the vehicle and thus dampen the impact from disturbances like suddenly changed wind conditions. A simulation environment is developed since testing the system in a real environment isn't an option. The vehicle's suspension is modeled as a mechanical system with masses, springs, and dampeners that are exposed to different forces. The model is described as a system of differential equations and is implemented in Simulink together with the control system. The aerodynamic element's impact on the vehicle's downforce at different angles is produced by Flow Simulation in Solidworks. Every control loop is validated separately. The velocity control is designed and tested to keep a steady velocity, even at load. The requirement of the position control is to drive the actuator at max speed after a unit step setpoint change while having an overshoot of less than 1%. Both the velocity control and the speed control fulfill their requirements. What the disturbances might look like is unknown, which is why the downforce control is evaluated by exposing the system to sinusoidal disturbances of different frequencies. The amplification for all frequencies are compiled as a Bode plot that clearly shows how well the system can dampen disturbances with different frequencies. The downforce control also fulfills the requirement of keeping the overshoot under 1%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:hh-47155 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Rendel, Jonathan, Balte, William |
| Publisher | Högskolan i Halmstad, Akademin för informationsteknologi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.002 seconds