Võistlusbagi vedrustuse kinemaatika projekteerimine

Edukaks bagi vedrustuse kinemaatika projekteerimiseks oli vajalik suure hulga lähteandmete kogumine nii võistluste dünaamiliste alade kui ka sõiduki enda dünaamika kohta. Selleks uuriti põhjalikult võistlusradade ja –alade olemust ning suheldi SAE Baja klassis osalevate USA meeskondadega. Eesmärkide püstitamisel lähtuti edukate meeskondade poolt kogutud andmetel ja kogemustel, tõlgendades neid projekti sisule vastavaks. Läbi viidi põhjalik uurimus kasutatavate bagi vedrustuse tüüpidest ja erinevatest konstruktsioonilistest lahendustest, millest sobivamad toodi välja edasiseks analüüsiks. Esivedrustuse tüübiks valitud topeltõõtshoobadega vedrustus õigustas ennast täielikult, võimaldades saavutada sõidukile vajalikke maastikusõiduomadusi jäädes samas võrdlemisi kompaktseks ning ehituselt lihtsaks. Kuigi valitud tagavedrustuse tüüp täitis kinemaatilistelt omadustelt eesmärki, ilmnes probleem konstruktsioonilises sobivuses raami tagaosaga. Sellest lähtuvalt on siinkirjutaja arvates see oluline punkt, kus peaks projekti arenedes tõsiselt kaaluma tagavedrustuse tüübi lõplikul valikul alternatiivina väljajäetud pikiõõtshoob-tüüpi vedrustuse edasist juurutamist. Tulenevalt ostutoodete piiratud sobivusest ja omadustest ei täidetud kõiki kinemaatilisi eesmärke täies ulatuses. Saavutatud tulemused tõid välja probleemsed kohad, millele projekti edaspidises arengus tuleb tähelepanu pöörata. Kinemaatika seisukohalt võib eraldi välja tuua ostutootena kasutatavad käänmikud, mis pärssisid tugevalt autori projekteerimisvabadust. Lõputöös käsitletavale väikeses seerias toodetavale bagile peaks selle kasutuse eripärast lähtuvalt kindlasti kaaluma käänmike ise projekteerimist ja tootmist. Projekteeritud vedrustuse kinemaatika tagab sõidukile hea juhitavuse raskesti läbitaval maastikul sõitmiseks. Selle saavutamiseks minimaliseeriti rataste parasiitliikumiste ulatust, et tagada stabiilsust suurematel kiirustel. Kurvisõiduvõimekuse loomiseks optimeeriti rattakallete muutumist nii kere kaldumisel kui ka rataste vertikaalliikumisel, samuti projekteeriti kaalu ümberjaotumist mõjutav kinemaatika külgkaldumistsentri ja hetketsentri asukoha järgi esi- ja tagavedrustuses viisil, mis loob sõidukile loogilise ja ettearvatava juhitavuskarakteristika. Vedrustuse elastsete osade dünaamika projekteeriti eesmärgiga hoida rehvid kontaktis maapinnaga ka väga ebatasastel pindadel sõites, tagades sedasi vajaliku rehvide haardumise sõiduki juhitavuse säilitamiseks. Selleks pidi ratta vertikaalliikumise ulatust suurendama vajaliku tasemeni. Amortisaatorite ja vedrude ülekandetegurite määramisega leiti sobiv lahendus löökkoormuste leevendamiseks ning sõidumugavuse tagamiseks. Sõiduki manööverdamisvõime tagati esiratastele vajalike pöördenurkade seadmisega saavutamaks võimalikult väikest pöörderaadiust. Väikestel kiirustel manööverdamisvõime parandamiseks muudeti rooligeomeetriat, et saavutada Ackermanni geomeetria. Optimeeriti käänmike ehitusest tingitud rattakallete muutumist rataste pööramisel, et saavutada stabiilsem juhitavus. Töö käigus koguti hulgaliselt olulist lähtematerjali ja algandmeid, millele tuginedes on võimalik võistlusbagi projekti järgnevate uurimustöödega edasi arendada ning lõpuks valmistooteni jõuda.

The primary goal of this thesis was to design the front and rear suspension kinematics for a SAE Baja series based single-seater off-road buggy. The need for new suspension kinematics arose from the design of a new tubular space-frame for the vehicle and the lack of sufficient analysis of the kinematics of previously built prototypes. For a design to be successful a lot of preliminary information was to be gathered. Various vehicle dynamics and chassis engineering books were consulted and data was also received from teams competing in the official SAE Baja series in the USA. In the first three sections of the thesis the basic design consept was developed based on extensive research of the Baja series rules and regulations, the various dynamic events the vehicles have to be proficient in, the compliance of use of different suspension types and the choice of needed products such as tires, rims, uprights, shock absorbers and springs. For the front suspension type the double wishbone with A-arms was chosen, for the rear suspension type the double wishbone with H-arms was chosen. The fourth and final part of the thesis describes the process of designing the kinematics with suspension software SusProg3D. The paragraph consists of modelling the 3D kinematics of the front suspension links, the steering system and the rear suspension links in accordance with the CAD model of the new frame. Also a thorough analysis of data gathered with the software has been presented with graphs and theory. The designed kinematics allow for good off-road handling and performance for the buggy. These qualities were achieved with minimizing tire scrub and bump steer, optimizing the camber gain curves, positioning of the instant and roll centers, increasing wheel travel in order to maximize tire grip over rough terrain. Vehicle manouvrebility was designed so that it had the smallest possible turning circle, also Ackermann geometry was introduced for better handling on tight turns.