Hyundai i20 N Rally2 Ackermann'i geomeetria analüüs

Käesoleva lõputöö käigus uuriti Hyundai i20 N Rally2 võistlussõidukit, mille puhul on tegemist tipptasemel ralliautoga ning mis on loodud võistlemiseks Autoralli Maailmameistrivõistlustel. Seoses pilootide poolt edastatud tagasisidega, mis puudutas sõiduki juhitavust kurvi sisenemise hetkel. Töö eesmärgiks oli uurida sõiduki roolisüsteemi ning sellega kaasnevalt Ackermann’i geomeetria esinemist antud sõiduki puhul. Ackermann’i geomeetria esinemine on tänavasõiduautodel üsangi tavapärane, kuid mootorispordis võib leida sellega seoses erinevaid lahendusi, mis toimivad sõltuvalt võistlusoludest efektiivsemalt. Ackermann’i geomeetria väljaselgitamiseks uuritava sõiduki põhjal kasutati analüüsitarkvara SusProg3D, kus mudeli loomiseks mõõdeti sisse sõiduki vedrustuse kinemaatikapunktid. Mudeli põhjal sai välja selgitada Aackermann’i geomeetria osakaalu Hyundai Rally2 autol, milleks oli väljapööratud ratastega ligi 20%. Selline väärtus viitab Hyundai puhul pigem paralleelsemale rataste pööramisele. Samuti selgus mudeli arvutuste põhjal, et antud sõidukil esines suuremal hulgal parasiitroolimist, mille arvväärtused kattusid ka reaalselt mõõdetuga. Parasiitroolimine mõjutab Ackermann’i geomeetria kujunemist sõiduki kõrguse muutmise ajal, mis andmete põhjal viitas sõiduki nina langetamisel vastupidise-Ackermann’i geomeetria tekkimisele. Ackermann’i geomeetriat puudutavate uuringute põhjal selgus, et sellise roolisüsteemi geomeetria esinemisel on lihtsustatud aeglasemate kurvide läbimine, tänu sisemise ratta suuremale pöördenurgale ning teisalt on kiirete kurvide läbimine parem, kui rataste pööramine ligineb paralleelsele rataste keeramisele või isegi vastupidisele-Ackermann’i geomeetriale. Siiski on eelistatud Ackermann’i geomeetria esinemine, mis lahtise pinnase peal tomib efektiivsemaks. Hyundai Rally2 optimaalne roolisüsteemi paigutus pakuti välja välimise rooliotsa liigendi asukoha muutmisel, mis tehnilise väljakutse poolest osutus kõige lihtsamaks lahenduseks. Rooliotsa liigendi muutmisel lähtuti minimaalse parasiitroolimise esinemisest ning Ackermann’i osakaalu liginemist 100%-lisele väärtusele. Sellise lahenduse lõplik mõju sõiduki juhitavusele on välja selgitatav ainult sõidukatsete põhjal, kus juhitavuse paranemist on võimalik tähendada piloodi tagasiside ning mõõdetud andmete analüüsi põhjal.

This thesis was developed around Hyundai i20 N Rally2, rally car, which is manufactured to compete in World Rally Championship and belongs to one of the most technically advanced rally cars classifications today. By the feedback of the drivers an problem was raised regarding the vehicle handling during corner entry. The purpose of this thesis was directed towards the steering system geometry of the given vehicle, where the existence of Ackermann steering geometry was the main focus. This type of steering geometry is rather widely used on road cars but some motorsport applications use different approaches of using that geometry. To identify the Ackermann geometry of Hyundai Rally2 vehicle, an analysis software called SusProg3D was used to develop the kinematic model of the vehicle suspension. By manually measuring the suspension kinematic points a representative 3D model was made to make further analysis on. The results showed that the vehicle has Ackermann steering geometry in 20% capacity, which means that the steering geometry is more close to parallel steering. In the same time the front suspension introduced bump steer in a rather large scale. Bump steer affects the Ackermann geometry by the chance of the ride height, which by the results showed that when lowering the front of the vehicle a reverse-Ackermann geometry developed. The driving test that have been performed to analyse the Ackermann steering geometry on other vehicles have shown that this steering system is preferred for slower turns and opposingly reverse-Ackermann steering is preferable in high speed situations. Still having Ackermann geometry proved to be better on loose surfaces to allow optimal tyre slips to take effect. An optimal solution for the Hyundai Rally2 vehicle was offered by changing the location of the outer steering arm connection to the knuckle. This positioning of the steering arm connection was chosen to minimalize bump steer and have the Ackermann geometry capacity near to 100%. To associate the offered change with the handling of the vehicle in question a series of test drives are needed to analyse the results from driver feedback and gathered data from tyres and onboard sensors.