Analysis and design of a roll-heave decoupled front suspension for a Formula Student prototype

Abstract

En la Fórmula Student, el diseño del sistema de suspensión la parte más importante para el control dinámico y por lo tanto para el rendimiento del vehículo. Este trabajo describe el proceso detrás del estudio y el diseño de un nuevo sistema de suspensión para un prototipo de Fórmula Student, este sistema podrá controlar independientemente el comportamiento a balanceo del vehículo del comportamiento vertical del eje en situaciones como las vistas en el movimiento de cabeceo. El diseño tendrá de base la actual geometría de suspensión y por lo tanto tendrá que adaptarse a esta permitiendo pequeños cambios y siendo paramétricamente diseñada para su rápida y fácil adaptación para nuevos prototipos. El objetivo principal del proyecto es entender las ventajas de un sistema capaz de controlar de manera independiente todos los movimientos del vehículo y diseñar este sistema en CAD. El control independiente del balanceo y el cabeceo del vehículo permite, si está correctamente integrado y diseñado, el mejor rendimiento del vehículo en pista. Asimismo, también da un mejor entendimiento del comportamiento en general del vehículo. En este proyecto, el diseño es analizado primero por el modelado de este como un sistema dinámico, y una vez entendido el diseño pasa a la fase del diseño físico en CAD. Finalmente el diseño es validado a través de simulaciones de elementos finitos para comprobar la integridad estructural del diseño.

In Formula Student, the design of the suspension system is the most important part for the dynamic control of the vehicle and therefore vehicle performance. This thesis describes the process of studying and designing a new suspension system for a Formula Student prototype which can independently control the rolling behaviour of the vehicle from the heave of the axle in situations such as the pitch of the vehicle. This design will have as a base the current general suspension geometry and therefore will have to completely adapt to it, allowing minimal changes and being parametrically designed to allow for its quick adaption to other future prototypes. The main goal of the project is to understand the advantages of a system capable of controlling the motions of the vehicle independently from each other and design it in CAD. The independent dynamic control of the heave and roll of the vehicle can lead, if correctly integrated and designed, to a better performing vehicle on track, as well as to a better understanding of the overall behaviour of the vehicle. In the thesis the design is analysed by the modelling of the system as a dynamic system and then, that design is physically designed in CAD. Finally the design is validated through Finite Element Analysis to test its structural integrity.