<ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "<ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ"

Transcript

1 <ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Θέμα: Δυναμική ανάλυση συστήματος ανάρτησης και διεύθυνσης οχήματος FSAE στο λογισμικό MSC.Adams/Car και σύνθεση νέου συστήματος ανάρτησης και διεύθυνσης για το όχημα ΑΡΤ-9 βασισμένη στα αποτελέσματα της μοντελοποίησης. ΤΣΙΠΑΣ ΗΛΙΑΣ ΚΑΠΕΤΑ ΑΛΕΞΑΝΔΡΑ-ΝΑΤΑΛΙΑ ΑΕΜ: 4518 ΑΕΜ: 4597 ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Καθ. Αθανάσιος Μιχαηλίδης ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, ΜΑΪΟΣ 2012

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Abstract Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σαν αντικείμενο τη δυναμική ανάλυση, σχεδιαστική μελέτη και κατασκευή του συστήματος αγωνιστικών αναρτήσεων και συστήματος διεύθυνσης του οχήματος της ομάδας ART-9, η οποία συμμετείχε στον αγώνα formula SAE της Μεγάλης Βρετανίας στο Silverstone το 2011 και της Ιταλίας στο Varano de Melegari το 2010 στην κατηγορία Α και στο Silverstone το 2009 στην κατηγορία C. Αναλυτικά, η διπλωματική εργασία περιλαμβάνει τρία διαφορετικά μα αλληλένδετα σκέλη. Αρχικά συναντάται η περιγραφή της δυναμικής ανάλυσης του πλήρους μονοθέσιου οχήματος της ομάδας ΑΡΤ-7 του ΑΠΘ στο λογισμικό δυναμικής ανάλυσης οχημάτων MSC.Adams/Car 2005r2. Σχεδιάστηκε αναλυτικό γεωμετρικό μοντέλο του συστήματος αναρτήσεων και μεταβαλλόμενου συστήματος διεύθυνσης ώστε να πραγματοποιηθεί κινηματική ανάλυση του κάθε συστήματος ξεχωριστά. Έπειτα παρουσιάζονται και τα βήματα εκπόνησης της δυναμικής ανάλυσης του συνολικού οχήματος και των δυνατών παραλλαγών του με τη βοήθεια του διαγωνίσματος των αγώνων FSAE «Skid Pad» καθώς και ο έλεγχος συμβατότητας του μοντέλου με το πραγματικό μονοθέσιο. Το επόμενο σκέλος της εργασίας αναφέρεται στην ανάλυση των εκπονημένων δυναμικών αναλύσεων με σκοπό την εύρεση του βέλτιστου συνδυασμού συστήματος διεύθυνσης και γεωμετρίας αναρτήσεων. Σκοπός είναι να ληφθεί βασική γνώση και συμπεράσματα για την απόδοσή τους στα αγωνίσματα ενδιαφέροντος, τα οποία αξιοποιούνται κατά το τρίτο σκέλος της εργασίας. Τέλος, πραγματοποιήθηκε εκτενής σχεδιασμός του νέου συστήματος αναρτήσεων και συστήματος διεύθυνσης του νέου μονοθεσίου τύπου FSAE του ΑΠΘ. Ο σχεδιασμός περιλαμβάνει πληροφορίες από τη βασική κινηματική ανάλυση των μηχανισμών έως την μελέτη της εντατικής κατάστασης και αντοχής τους καθώς και τα πλήρη κατασκευαστικά τους σχέδια. Ο σχεδιασμός πραγματοποιήθηκε στο CAD πρόγραμμα της Autodesk, Inventor Καθώς επρόκειτο για σχέδια προς κατασκευή και όχι για μια θεωρητική προσέγγιση, μελέτη εκπονήθηκε και για τις διατάξεις που θα συντελούσαν στην άρτια και και γεωμετρικά ακριβή κατασκευή των διαφόρων μελών της ανάρτησης. Κατόπιν αυτής της εργασίας, η οποία διήρκησε συνολικά δύο έτη, κατασκευάστηκε το πλήρες μονοθέσιο και επομένως σύστημα ανάρτησης και διεύθυνσης. Κατασκευαστικές λεπτομέρειες για τις οποίες θα γίνει εκτενής λόγος παρουσιάζονται σε φωτογραφικό υλικό στο παράρτημα Γ της εργασίας. Αξίζει να αναφερθεί ότι ο συγκεκριμένος σχεδιασμός για το σύστημα ανάρτησης και διεύθυνσης, υπαγόμενος φυσικά στη συνολική προμελέτη του οχήματος ΑΡΤ-9 βραβεύτηκε με το πρώτο βραβείο του διαγωνισμού Design Event Class 3 της Formula student στο Silverstone της Μεγάλης Βρετανίας που διεξήχθη στις Ιουλίου Επιπλέον το κατασκευασμένο όχημα ΑΡΤ-9 τερμάτισε στην 8 η συνολικά θέση παγκοσμίως του πρωταθλήματος FSAE στον αγώνα του Silverstone στην κατηγορία Class A. 1

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΡΟΣ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ σελ ) Συλλογή δεδομένων σελ ) Γεωμετρία συστήματος ανάρτησης σελ ) Ελαστικά και ζάντες σελ ) Χαρακτηριστικές καμπύλες αποσβεστήρων σελ ) Ελατήρια σελ ) Κινητήρας σελ ) Μεταλλικό χωροδικτύωμα ή αλλιώς «σασί» σελ ) Σύστημα πέδησης σελ ) Κατάστρωση των κινηματικών μοντέλων των επιμέρους υποσυστημάτων στο Msc.Adams/Car 2005 r2 χρησιμοποιώντας τα συλλεγμένα δεδομένα σελ ) Έλεγχος ταύτισης των ισοδύναμων μοντέλων με πραγματικότητα σελ ) Κινηματικός έλεγχος μπροστινού συστήματος ανάρτησης σελ ) Κινηματικός έλεγχος πίσω συστήματος ανάρτησης σελ ) Κινηματικός έλεγχος συστήματος διεύθυνσης σελ ) Κατάστρωση μοντέλου του μονοθεσίου στο MSC.Adams/Car σελ ) Κατάστρωση του δυναμικού μοντέλου του συνολικού μονοθεσίου σελ ) Δυνατές παραλλαγές των υποσυστημάτων ανάρτησης και συστήματος διεύθυνσης σελ ) Μελέτη περί της εύρεσης του κέντρου βάρους του συνολικού μονοθεσίου στους 3 άξονες σελ ) Εναλλακτικές προσομοίωσης δυναμικών αγωνισμάτων σελ ) Ανάλυση δεδομένων σελ ) Συλλογή και ανάλυση δεδομένων για τη συμπεριφορά του μονοθεσίου για όλες τις πιθανές παραλλαγές των αναρτήσεων και του συστήματος διεύθυνσης σελ ) Ποσοτική απεικόνιση αποτελεσμάτων μοντελοποιήσεων για το αγώνισμα του CRC και SLC σελ ) Ποιοτικά διαγράμματα συνολικής παρουσίασης αποτελεσμάτων αγωνίσματος CRC σελ ) Ποιοτικά διαγράμματα συνολικής παρουσίασης αποτελεσμάτων μοντελοποιήσεων αγωνίσματος CRC σελ ) Βέλτιστο setup σελ ) Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού γωνιών Camber και συστήματος διεύθυνσης για τα αγωνίσματα ενδιαφέροντος, βασιζόμενη στις παραπάνω μοντελοποιήσεις σελ ) Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού «anti-features» σελ )Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού «anti-features» για το βέλτιστο «setup» που προέκυψε βασιζόμενοι στο αγώνισμα του CRC σελ ) Ποσοτικά αποτελέσματα των διαφόρων «setup» των ποσοστών «anti-features» σελ ) Ποιοτικά ραβδογράμματα των διαφόρων «setup» των ποσοστών «antifeatures» σελ ) Συσχέτιση των αποτελεσμάτων με την πραγματικότητα σελ. 90 2

4 ΜΕΡΟΣ 2 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ σελ ) Σχεδιασμός, υπολογισμός συστ. ανάρτησης μονοθεσίου ΑΡΤ 9 σελ ) Προσδιορισμός ελαστικών που θα χρησιμοποιηθούν. Μελέτη αγοράς και διαθέσιμων επιλογών σελ ) Επιλογή μεταξονίου και μετατροχίου και επιθυμητού ύψους κέντρου βάρους και αιτιολόγηση σελ ) Στατική ανάλυση κινηματικής μονοθεσίου οχήματος σελ ) Προσδιορισμός γωνίας πλαγιοπορείας και μέγιστης επιτρεπόμενης γωνίας Camber για τα μέγιστα στατικά πλευρικά φορτία στους τροχούς με τη βοήθεια των TTC δεδομένων σελ ) Σχεδιασμός συστήματος διπλών ψαλιδιών σελ ) Σχεδιασμός και υπολογισμός συστήματος σχέσης μετάδοσης δυνάμεων μέσω ζυγόθρων. Προσδιορισμός μεγεθών και στιβαρότητας ελατηρίων και αποσβεστήρων του συστήματος ανάρτησης σελ ) Σχεδιασμός συστήματος αντιστρεπτικής ράβδου σελ ) Σχεδιασμός συστήματος διεύθυνσης σελ ) Επιλογή συστήματος διεύθυνσης και αιτιολόγηση σελ ) Γεωμετρικός σχεδιασμός συστήματος διεύθυνσης σελ ) Κατασκευή και προετοιμασία συγκολλήσεων συστημάτων ανάρτησης και διεύθυνσης σελ ) Λεπτομερής σχεδιασμός τεμαχίων προς κατασκευή και προετοιμασία συγκόλλησής τους σελ ) Προετοιμασία συγκόλλησης βάσεων ανάρτησης στο σασί σελ. 156 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α σελ. 161 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β σελ. 165 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ σελ. 166 ΠΑΡΑΡΗΜΑ Δ σελ. 171 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ σελ

5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Για την εκπόνηση αυτής της διπλωματικής εργασίας, ο Ηλίας και η Αλεξάνδρα, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε όλους όσους μας βοήθησαν με την γνώση ή και ακόμα την υπομονή τους επί δύο συνεχόμενα έτη που χρειαστήκαμε για να ολοκληρώσουμε αυτήν την μελέτη. Πρώτον από όλους θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον καθ. Αθανάσιο Μιχαηλίδη για την συνεχή εμπιστοσύνη που έδειχνε στο πρόσωπό μας, στις ιδέες μας, και στην δημιουργικότητά μας. Μας εμπνεύσατε και μας ωθήσατε να γίνουμε καλύτεροι. Επιπλέον, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε θερμά όλο το προσωπικό του εργαστηρίου του ΕΣΜΜΣ για την υπομονή σας και την βοήθεια που μας δώσατε όποτε και όταν «κολλούσαμε». Ιδιαίτερα ευχαριστούμε τον κ. Γεώργιο Καραογλανίδη, ο οποίος με την ανεξάντλητη υπομονή του μας βοήθησε να κατανοήσουμε το επιστημονικό αυτό αντικείμενο και να το αγαπήσουμε. Εννοείται πως χωρίς το κ. Γεώργιο Τάνιο δεν θα είχαμε ούτε σύστημα αναρτήσεων ούτε διπλωματική εργασία! Το μεγαλύτερο ευχαριστώ ωστόσο οφείλουμε να το δώσουμε σε όλους τους φοιτητές που μαζί δουλέψαμε, μοχθήσαμε, στεναχωρηθήκαμε και χαρήκαμε περισσότερο από ότι μπορούσαμε να φανταστούμε όταν πρωτομπήκαμε σε αυτήν την περιπέτεια Σας ευχαριστούμε όλους έναν έναν, αλλά βιαζόμαστε επειδή κλείνει η Προοπτική! Να είστε πάντα καλά και να κάνετε σπουδαία πράγματα όπου και να είστε Ηλίας - Αλεξάνδρα 4

6 ΜΕΡΟΣ 1 Ο ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΑΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΟΝΟΘΕΣΙΟΥ ΑΓΩΝΙΣΤΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΑΡΤ-7 ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ MSC.Adams/Car 2005.r2 5

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η εκπόνηση αυτής της διπλωματικής εργασίας προήλθε έπειτα από εμφάνιση της ανάγκης του εργαστηρίου των Στοιχείων Μηχανών και Μηχανολογικού Σχεδιασμού του ΑΠΘ για την απόκτηση ενός πλήρους δυναμικού μοντέλου του μονοθεσίου τύπου FSAE που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από την ομάδα προπτυχιακών φοιτητών ΑΡΤ-7 κατά τα έτη Το πλήρες δυναμικό μοντέλο αναλύει και προβλέπει τη συνολική δυναμική συμπεριφορά του περίπλοκου μοντέλου του αγωνιστικού μονοθεσίου. Ο σκοπός της εργασίας αυτής είναι αρχικά η συλλογή δεδομένων που αφορούν τη συμπεριφορά του μονοθεσίου σε ένα από τα αγωνίσματα του διαγωνισμού της FSAE και η βελτιστοποίηση της, καθώς και η ύπαρξη ενός πρώτου πλήρως λειτουργικού μοντέλου που θα βρίσκεται στα χέρια των μελλοντικών μελών της ΑΡΤ προς χρήση και φυσικά βελτιστοποίηση. Το λογισμικό Adams είναι ένα ευρύτατα χρησιμοποιημένο λογισμικό πολλαπλών μελών για τη μελέτη της δυναμικής και της ανάλυσης κινήσεων. Βοηθά τους μηχανικούς να μελετήσουν τη δυναμική κινούμενων μελών, τη κατανομή φορτίων και δυνάμεων σε όλα τα μηχανικά συστήματα, έτσι ώστε να βελτιώσει και να βελτιστοποιήσει την απόδοση των προϊόντων τους. Αντίθετα από τα περισσότερα ενσωματωμένα CAD εργαλεία, το Adams ενσωματώνει την πραγματική φυσική λύνοντας ταυτόχρονα εξισώσεις κινηματικής, στατικής, «quasi»-στατικής, και της δυναμικής. Χρησιμοποιώντας δυναμική πολλαπλών μελών, το Adams τρέχει επίσης τη μη γραμμική δυναμική σε ένα μικροσκοπικό μέρος του χρόνου που απαιτείται από Ανάλυση Πεπερασμένων Στοιχείων (flex-bodies analysis). Η χρήση του λογισμικού της Msc.Adams/car v2005.r2 έγινε κατόπιν μελέτης και σύγκρισης trial version άλλων παραπλήσιων λογισμικών όπως το CarSim της Mechanical Simulation Corporation και το SusProg 3d της «Beven Young Automotive books and software». Η επιλογή του εν λόγω λογισμικού έγινε για τους εξής λόγους: Είναι ικανό να προσφέρει αξιόπιστα αποτελέσματα για το ανάλογο βάθος της μελέτης που ενδιαφέρει το εργαστήριο. Η αποδοχή του από τον επιστημονικό κόσμο είναι δεδομένη. Διατίθεται στους φοιτητές του εργαστηρίου ΕΣΜΜΣ προς χρήση στις νησίδες του εργαστηρίου. Υπήρχε μέλος του εργαστηρίου, το οποίο ήταν ήδη χρήστης του Msc.Adams/Car και η εμπειρία του θα ήταν πολύτιμη κατά την εκπόνηση της μελέτης. Η δημιουργία ενός μοντέλου δυναμικής ανάλυσης οχήματος κρίθηκε απαραίτητη, καθώς δίνει τη δυνατότητα επαναλαμβανόμενων προσο-μοιώσεων ενός σχεδιαζόμενου συστήματος έτσι ώστε να ελέγχονται πιθανά σχεδιαστικά σενάρια σε πρώιμο σχεδιαστικό στάδιο αλλά και της πρόβλεψης πιθανών αλλαγών στη συμπεριφορά του μηχανισμού έπειτα από κάποια αλλαγή σε κάποια παράμετρο του οχήματος. Ουσιαστικά ένα δυναμικό μοντέλο θα επιτάχυνε την όποια προσπάθεια για σχεδιασμό και κατασκευή ενός καινούριου μονοθεσίου, καθώς θα ήταν το εργαλείο του σχεδιαστή για μια πρώιμη εκτέλεση της κάθε νέας σχεδιαστικής ιδέας. 6

8 Έπειτα από μελέτη της επιρροής της ιδέας στη συμπεριφορά του αυτοκινήτου σε δεδομένες αλλά και μεταβλητές συνθήκες εικονικού δρόμου, η ιδέα θα μπορεί να απορριφθεί, ή να εξελιχθεί και να χρησιμοποιηθεί. Το πρότυπο μονοθέσιο αυτοκίνητο τύπου FSAE της ομάδας ΑΡΤ-7 ήταν η πρώτη απόπειρα της Πολυτεχνικής Σχολής του ΑΠΘ και συγκεκριμένα του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών να σχεδιαστεί και να κατασκευαστεί από το μηδέν ένα λειτουργικό μονοθέσιο αγωνιστικό όχημα ειδικά για την συμμετοχή του στους φοιτητικούς αγώνες αυτοκινήτου Formula Student που διοργανώνεται υπό την αιγίδα της SAE παγκοσμίως. Το όχημα συμμετείχε ήδη σε δύο διοργανώσεις FSAE μέχρι τη στιγμή που ξεκίνησε η εκπόνηση τούτης της διπλωματικής εργασίας, και τώρα πλέον ολοκλήρωσε τον αγωνιστικό του κύκλο. Παρ όλ αυτά αποτελούσε ιδανικό βοηθητικό εργαλείο για τη νεοσύστατη τότε ομάδα της ΑΡΤ-9 για το σχεδιασμό και κατασκευή ενός νέου πρότυπου μονοθεσίου τύπου FSAE. Χρήσιμες πληροφορίες θα μπορούσαν να εκμαιευτούν από τις δοκιμές του υπάρχοντος μονοθεσίου, κάτι το οποίο λόγω πίεσης χρόνου δεν κατέστη δυνατό τα προηγούμενα έτη. Οι πληροφορίες αυτές θα χρησιμοποιούνταν για το σχεδιασμό και την εξέλιξη της αγωνιστικής συμπεριφοράς του νέου μονοθεσίου της ΑΡΤ-9. Επειδή όμως ο χρόνος είναι πάντα μια πιεστική παράμετρος στους αγώνες αυτοκίνησης, έπρεπε να δοθεί μια λύση έτσι ώστε οι απαραίτητες πληροφορίες για τις πιθανές σχεδιαστικές εναλλακτικές των συστημάτων ανάρτησης και διεύθυνσης να συλλέγονται πιο άμεσα και ταχύτερα. Ένα μοντέλο δυναμικής ανάλυσης του συστήματος αναρτήσεων και συστήματος διεύθυνσης του οχήματος ΑΡΤ-7 θα έδινε λύση στο πρόβλημα, καθώς οι σχεδιαστές θα μπορούσαν άμεσα να υλοποιήσουν γεωμετρικά στο χώρο την ιδέα τους αλλά παράλληλα να αξιολογήσουν και την κινηματική συμπεριφορά του προκύπτοντος συστήματος ανάρτησης αλλά και την επίδρασή του στην συμπεριφορά του οχήματος σαν σύνολο. Το μονοθέσιο της ΑΡΤ-7 φιλοξενεί ένα περίπλοκο σύστημα αναρτήσεων καθώς και συστήματος διεύθυνσης. Οι πιθανές κατασκευαστικές ρυθμίσεις είναι ποικίλες και υπάρχουν πολλές μεταβλητές διατάξεις, ειδικά στο σύστημα διεύθυνσης, οι οποίες οδηγούν στην αλλαγή συμπεριφοράς του οχήματος στο δρόμο. Αυτή η φιλοσοφία σχεδιασμού ακολουθήθηκε επειδή κατά την πρώτη απόπειρα δεν υπήρχαν ακόμη απτές αποδείξεις πέραν της βιβλιογραφίας και των υπολογισμών για τις πιθανές επιρροές των σχεδιαστικών εναλλακτικών στη συμπεριφορά στο οδόστρωμα. Επιπλέον το μονοθέσιο όχημα θα έπρεπε να λειτουργεί για τα επόμενα έτη σαν «εργαστήριο» ή καλύτερα σαν βάση για τους φοιτητές που θα ήθελαν να σχεδιάσουν κάτι νέο. Στόχος της σχεδιαστικής ομάδας των αναρτήσεων και του συστήματος διεύθυνσης, τα οποία ήταν και τα δύο συστήματα, στα οποία δόθηκε βάση κατά τον σχεδιασμό του μοντέλου στο πρόγραμμα προσομοίωσης, ήταν η πλήρης και εις βάθος ανάλυση της συμπεριφοράς του αγωνιστικού μονοθέσιου ΑΡΤ-7 κατά την εφαρμογή όλων των δυνατών σχεδιαστικών παραλλαγών και του συνδυασμού τους. Τα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης θα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμα για την άντληση γνώσης και συμπερασμάτων για τη σχεδιαστική πορεία που θα έπρεπε να ακολουθηθεί για το νέο μονοθέσιο τύπου FSAE της σχολής, το οποίο σε γενικές γραμμές είναι λογικό να μοιάζει κατά πολύ με το προγενέστερό του. Έπειτα από αυτήν τη σύντομη περιγραφή της χρησιμότητας της δυναμικής ανάλυσης οχημάτων γενικά και ειδικά στην συγκεκριμένη περίπτωση του εργαστηρίου ΕΣΜΜΣ, εκτενής λόγος θα γίνει στα βήματα και τις επιλογές που 7

9 χρησιμοποιήθηκαν για το στήσιμο του δυναμικού μοντέλου του μονοθεσίου της ΑΡΤ- 7 από τους γράφοντες. Πριν όμως γίνει λόγος για οτιδήποτε αφορά τον σχεδιασμό του μοντέλου δυναμικής ανάλυσης του οχήματος, θα πρέπει να αναφερθεί ότι ο σχεδιασμός του βασίστηκε σχεδόν αποκλειστικά στην έτοιμη φόρμα της FSAE. Η εν λόγω φόρμα είναι μια συλλογή από έτοιμα υποπρογράμματα τα οποία συνθέτουν ένα έτοιμο μοντέλο ενός τυπικού μονοθεσίου οχήματος τύπου FSAE. Η φόρμα αυτή καθορίζει το επίπεδο πολυπλοκότητας του μοντέλου και των επιμέρους μοντέλων. Το να σχεδιαστεί ένα εξ ολοκλήρου καινούριο μοντέλο ή το να αλλαχτούν δραστικά όλα τα επιμέρους υπομοντέλα βρίσκεται εκτός των στόχων της εργασίας αυτής καθώς και της φύσης του αγώνα. Γι αυτόν το λόγο και τα υπομοντέλα της φόρμας της FSAE δέχτηκαν τις απαραίτητες μετατροπές, ώστε να εξομοιώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο στο πραγματικό αυτοκίνητο, δίχως να αυξάνεται η πολυπλοκότητα του μοντέλου. Η φόρμα της FSAE παρέχεται δωρεάν στους φοιτητές που ασχολούνται με τον διαγωνισμό της FSAE από την Msc.Software Corporation μέσω της ηλεκτρονικής της διεύθυνσης. Η φόρμα αυτή της FSAE ως πλήρες μοντέλο, καθώς και τα επιμέρους υποσυστήματα που το συνθέτουν φαίνονται παρακάτω: Σχήμα 1: Γενική όψη του μοντέλου της φόρμας FSAE. 8

10 Σχήμα 2: Όψη συστήματος μπροστινής ανάρτησης της φόρμας FSAE. Σχήμα 3: Όψη συστήματος πίσω ανάρτησης της φόρμας FSAE. 9

11 Σχήμα 4: Όψη συστήματος διεύθυνσης της φόρμας FSAE. Όπως είναι ενδεχομένως εμφανές, η εμφάνιση των μελών του μοντέλου δεν είναι ιδεατή, πχ φαινομενικά ασύνδετοι κόμβοι και μέλη και υπεραπλούστευση γεωμετρίας. Αυτό όμως δεν είναι κάτι που θα πρέπει να ανησυχήσει τον χρήστη καθώς το πρόγραμμα λαμβάνει ως δεδομένα σημεία στο χώρο, μάζες, και ροπές αδράνειας, και έπειτα φτιάχνει μια γεωμετρία έτσι ώστε να είναι πιο φιλικό στο χρήστη. Η επίλυση του μοντέλου γίνεται φυσιολογικά, εφόσον δίνονται οι απαραίτητες πληροφορίες. 10

12 1.1) Συλλογή δεδομένων που αφορούν: ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΗ ΠΟΡΕΙΑ 1.1.1) τη γεωμετρία των υποσυστημάτων ανάρτησης, συστήματος διεύθυνσης μέσω του CAD 3d-μοντέλου του μονοθεσίου σε Autodesk.Inventor, το οποίο σχεδιάστηκε από την ομάδα ΑΡΤ ) τα ελαστικά της Avon τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στους αγώνες του μονοθεσίου 1.1.3) οι αποσβεστήρες που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάρτηση από την εταιρεία Jamsport 1.1.4) τα ελατήρια που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάρτηση 1.1.5) τη χαρτογράφηση του κινητήρα και κάποια πολύ βασικά χαρακτηριστικά του, που αφορούν ακόμα και τις εξωτερικές του διαστάσεις 1.1.6) το σασί 1.1.7) το σύστημα πέδησης 1.2) Κατάστρωση των κινηματικών μοντέλων των επιμέρους υποσυστημάτων στο Msc.Adams/Car 2005 r2 χρησιμοποιώντας τα συλλεγμένα δεδομένα. 1.3) Έλεγχος ταύτισης των ισοδύναμων μοντέλων με την πραγματικότητα. Σε αυτό βοήθησε το τρισδιάστατο CAD μοντέλο του αυτοκινήτου καθώς και διαγράμματα λειτουργίας των χαρακτηριστικών των ανάλογων συστημάτων που βρίσκονταν υπό μελέτη κάθε φορά. Τα διαγράμματα αυτά παραχωρήθηκαν από την ανάλογη ομάδα σχεδιασμού του κάθε συστήματος υπό μελέτη της προηγούμενης ομάδας ΑΡΤ-7. Διορθώσεις γίνονταν όπου κρινόταν απαραίτητο. Με αυτόν τον τρόπο είναι εφικτή η κινηματική ανάλυση πλέον των επιμέρους συστημάτων των αναρτήσεων. 1.4) Κατάστρωση του δυναμικού μοντέλου του συνολικού μονοθεσίου. Δυνατές παραλλαγές των υποσυστημάτων ανάρτησης και συστήματος διεύθυνσης. Μελέτη περί της εύρεσης του κέντρου βάρους του συνολικού μονοθεσίου στους 3 άξονες. Διάφορες εναλλακτικές προσομοίωσης δυναμικών αγωνισμάτων. 1.5) Συλλογή και ανάλυση δεδομένων για τη συμπεριφορά του μονοθεσίου για όλες τις πιθανές παραλλαγές των αναρτήσεων και του συστήματος διεύθυνσης. 1.6) Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού γωνιών Camber και συστήματος διεύθυνσης για τα αγωνίσματα ενδιαφέροντος, βασιζόμενη στις παραπάνω μοντελοποιήσεις. 11

13 1.7) Συσχέτιση των αποτελεσμάτων με την πραγματικότητα μέσω δοκιμών της συμπεριφοράς των πιθανών setup σε πίστα με οδόστρωμα παρόμοιο με το εικονικό οδόστρωμα του μοντέλου (ιδανικό οδόστρωμα διαδρόμου αεροδρομίου που προσφέρει υψηλή πρόσφυση, ανάλογη με μια αγωνιστική πίστα) και σε φυσιολογικές συνθήκες περιβάλλοντος. Η προαναφερθείσα σχεδιαστική πορεία θα παρουσιαστεί βήμα-βήμα και θα αναλυθεί στην ενότητα που ακολουθεί. 1.1) Συλλογή δεδομένων 1.1.1) Γεωμετρία συστήματος ανάρτησης Το μοντέλο των αναρτήσεων και του συστήματος διεύθυνσης, καθώς και βασικών άλλων γεωμετρικών μεγεθών που σχετίζονται με τα υποσυστήματα που σχεδιάστηκαν είχαν ήδη σχεδιαστεί σε πλήρη λεπτομέρεια από την ομάδα ΑΡΤ-7. Οπότε έμενε να αξιοποιηθούν αυτά τα σχέδια ως η «εικόνα της πραγματικότητας», μιας και μετρήσεις γεωμετρίας, όπως πχ. μήκη μελών και σημεία στο χώρο είναι εξαιρετικά δύσκολο να προσδιοριστούν στο πραγματικό αυτοκίνητο. Τα CAD σχέδια που χρησιμοποιήθηκαν για αυτόν τον σκοπό ακολουθούν παρακάτω: Σχήμα 5: Πλάγια όψη μονοθεσίου ΑΡΤ-7 12

14 Σχήμα 6: Εμπρόσθια όψη μονοθεσίου ΑΡΤ-7 Σχήμα 7: Κάτοψη μονοθεσίου ΑΡΤ-7 13

15 Σχήμα 8: Πίσω όψη μονοθεσίου ΑΡΤ-7. Σχήμα 9: Iso-όψη μπροστινού συστήματος αναρτήσεων και συστήματος διεύθυνσης Σχήμα 10: Κάτοψη μπροστινού συστήματος αναρτήσεων και συστήματος διεύθυνσης 14

16 Σχήμα 11: Εμπρόσθια όψη μπροστινού συστήματος αναρτήσεων και συστήματος διεύθυνσης Σχήμα 12: Iso-όψη μπροστινού συστήματος αναρτήσεων Σχήμα 13: Κάτοψη μπροστινού συστήματος αναρτήσεων 15

17 Σχήμα 14: Πλάγια όψη μπροστινού συστήματος αναρτήσεων Σχήμα 15: Λεπτομέρεια συστήματος διεύθυνσης Σχήμα 16: Κάτοψη συστήματος διεύθυνσης 16

18 Σχήμα 17: Λεπτομέρεια πίσω όψης του πίσω συστήματος αναρτήσεων Σχήμα 18: Iso όψη του πίσω συστήματος αναρτήσεων Σχήμα 19: Πίσω σύστημα αναρτήσεων 17

19 Σχήμα 20: Iso όψη πίσω ανάρτησης Σχήμα 21: Πλάγια όψη πίσω ανάρτησης 18

20 1.1.2) Ελαστικά και ζάντες. Τα ελαστικά που επιλέχτηκαν να χρησιμοποιηθούν από την ομάδα ΑΡΤ-7 ήταν από την εταιρία Avon. Ο κανονισμός του διαγωνισμού της FSAE επιτρέπει την επιλογή μεταξύ ζαντών 10 ιντσών και 13 ιντσών. Η ομάδα διάλεξε να χρησιμοποιηθούν ζάντες 13 ιντσών και ανάλογα ελαστικά πλάτους 6.2 ιντσών και 7.2 ιντσών για τον εμπρόσθιο και οπίσθιο άξονα αντίστοιχα και με στατική εξωτερική διάμετρο ελαστικού στις 20 ίντσες. Στην επιλογή αυτή συντέλεσε το προτέρημα του άφθονου χώρου που παρέχουν για την έδραση των δισκόφρενων και των δαγκανών των φρένων καθώς και του μουαγιέ σα σύνολο. Μεγαλύτερο μουαγιέ θα δώσει την ευκαιρία στον σχεδιαστή για μεγαλύτερη ευελιξία στο σχεδιασμό των αναρτήσεων, πχ. την απόσταση μεταξύ της εξωτερικής έδρασης του πάνω και του κάτω ψαλιδιού στην ανάρτηση διπλών ψαλιδιών καθώς και μεγάλα scrub radia και caster offsets όταν αυτό κρίνεται απαραίτητο. Η συμπεριφορά των ελαστικών εξαρτάται από πολλές παραμέτρους όπως είναι για παράδειγμα: η τριβή που αναπτύσσεται μεταξύ του δρόμου και του ελαστικού η ταχύτητα και άρα και η ανάλογη θερμοκρασία που αναπτύσσεται στο πέλμα η θερμοκρασία περιβάλλοντος το κάθετο φορτίο σε κάθε τροχό η γωνία camber που αναπτύσσεται στο ελαστικό κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του η πίεση του ελαστικού κ.α. Κατά καιρούς έχουν αναπτυχθεί πολλά μαθηματικά μοντέλα που προσομοιώνουν την συμπεριφορά του ελαστικού στο οδόστρωμα. Ένα από αυτά είναι και η μέθοδος του Pacejka 2002, την οποία χρησιμοποιεί το λογισμικό Adams/Car για να υπολογίσει τις δυνάμεις και ροπές που αναπτύσσονται στο ελαστικό. Για να λειτουργήσει όμως ομαλά η μέθοδος χρειάζεται κάποια δεδομένα, τα οποία αφορούν διάφορα χαρακτηριστικά μεγέθη των ελαστικών, της σύστασής τους, της συμπεριφοράς τους σε διάφορες εντατικές καταστάσεις, καθώς και του οδοστρώματος. Για να τα αποκτήσει αυτά τα δεδομένα το εργαστήριο ΕΣΜΜΣ προέβη στην αγορά των λεγόμενων TTC data files από την FSAE. Τα εν λόγω αρχεία είναι μια συλλογή δεδομένων τα οποία προήλθαν από την διεξαγωγή πειραμάτων που έγινε από την Milliken Research Association σε προσομοίωση συνεχούς επαφής ελαστικού με οδόστρωμα για εύλογο χρονικό διάστημα. Τα αρχεία αυτά προσδίδουν πληροφορίες που αφορούν τα εξής μεγέθη: Περιστροφική και γραμμική ταχύτητα ελαστικού Γωνία πλαγιολίσθησης Γωνία κλίσης κατά τη φόρτιση Ποσοστό ολίσθησης Κάθετο φορτίο Πλευρικό φορτίο Ροπή επαναφοράς Ροπή ανατροπής Στατική ακτίνα ελαστικού Ενεργό ακτίνα ελαστικού RPM της ζάντας 19

21 Πίεση ελαστικών Θερμοκρασία ελαστικών μετρημένη σε ένα ή δύο σημεία Θερμοκρασία περιβάλλοντος Θερμοκρασία οδοστρώματος Τύπος πλέξης ελαστικού (ακτινικά ή σταυρωτά) κ.α. Συντελεστής τριβής για το εν λόγω ελαστικό και διάφορα οδοστρώματα Όλα αυτά τα δεδομένα, μεταξύ άλλων, κωδικοποιούνται και εισάγονται στο πρόγραμμα για να τα επεξεργαστεί μετέπειτα η μέθοδος Pacejka με τη μορφή των λεγόμενων «property files». Κατά τη διάρκεια των δυναμικών μοντελοποιήσεων ανακτώνται από τα αρχεία αυτά οι πληροφορίες και οι σταθερές που χρησιμοποιεί η μέθοδος Pacejka για να υπολογίσει την διαμήκη δύναμη F x, την πλευρική δύναμη F y, καθώς και την ροπή επαναφοράς Μ z κτλ. Η σχηματική παράσταση των άνωθεν δυνάμεων καθώς και των συστημάτων διεύθυνσης που χρησιμοποιεί η Pacejka 2002 είναι η ακόλουθη: Σχήμα 22: Δυνάμεις που ασκούνται στο ελαστικό κατά την πορεία στο οδόστρωμα Επιπλέον μια απλή απεικόνιση του τρόπου λειτουργίας του MSC.Adams για την παραγωγή αποτελεσμάτων τελικά στο κέντρο του τροχού είναι η ακόλουθη: 20

22 Η περεταίρω μαθηματική περιγραφή της μεθόδου Pacejka καθώς και των TTC-data αρχείων δεν εξυπηρετεί τον σκοπό αυτής της εργασίας, που είναι μια πρώτη γνωριμία με το λογισμικό της MSC.Adams/Car και γι αυτό θα περιοριστεί σε αυτό το βάθος. Για περεταίρω πληροφορίες ο αναγνώστης μπορεί να ανατρέξει στην ανάλογη βοηθητική πλατφόρμα του λογισμικού που απευθύνεται ειδικά στα μοντέλα ελαστικών προς χρήση από το λογισμικό ) Χαρακτηριστικές καμπύλες αποσβεστήρων Οι αποσβεστήρες, ή κοινώς «αμορτισέρ», που χρησιμοποιήθηκαν στο αυτοκίνητο της ΑΡΤ-7 είναι κατασκευασμένα με βάση τις αγωνιστικές ανάγκες της ομάδας από την εταιρία Jamsport, κατόπιν ειδικής παραγγελίας και ανακτήθηκαν από τον κατασκευαστή οι ειδικές καμπύλες των αμορτισέρ ) Ελατήρια Τα ελατήρια που χρησιμοποιήθηκαν για την εμπρός και πίσω ανάρτηση του οχήματος της ART-7 είναι επίσης κατασκευασμένα κατά παραγγελία στην εταιρία Jamsport. Έχουν γραμμική στιβαρότητα με συντελεστή στιβαρότητας που έχει μετρηθεί στα 40,3 Ν/mm και δυνατότητα για μεταβλητή προένταση ) Κινητήρας Τα δεδομένα που αφορούν τον κινητήρα που χρησιμοποιήθηκαν για αυτήν την μελέτη είναι συγκεκριμένα. Περιορίζονται από δεδομένα που δόθηκαν στους γράφοντες από την υπεύθυνη υποομάδα για την εξέλιξη του κινητήρα της ΑΡΤ-9. Ο κινητήρας που χρησιμοποιείται για το μονοθέσιο όχημα ήταν ένας Honda CBR 600 κυβικών εκατοστών, χαρτογραφημένος από την ομάδα ΑΡΤ-7 εξ ολοκλήρου από την αρχή με τη βοήθεια ειδικής διάταξης πέδης. Το λογισμικό MSC.Adams/Car δεν απασχολείται με την απόδοση και τη συμπεριφορά του κινητήρα και του μηχανισμού μετάδοσης ισχύος του οχήματος προς μελέτη. Η εταιρία παρέχει ειδικό λογισμικό για αυτόν τον σκοπό που είναι το MSC.Adams/Engine και MSC.Adams/Powertrain αντίστοιχα. Παρ όλ αυτά για την αξιόπιστη εξαγωγή αποτελεσμάτων που αφορούν την δυναμική συμπεριφορά του οχήματος στο δρόμο κάποια δεδομένα που αφορούν την απόδοση του συγκεκριμένου κινητήρα κάτω από ορισμένες στροφές είναι απαραίτητα. Όπως επίσης και δεδομένα που αφορούν την αλλαγή σχέσεων στο κιβώτιο ταχυτήτων. Τα δεδομένα δόθηκαν με τη βοήθεια του προγράμματος GT- Power, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση δεδομένων κινητήρα που προέκυψαν από δοκιμές του μονοθεσίου σε αγωνιστική πίστα. Τα δεδομένα που αφορούν το σύστημα μετάδοσης ισχύος δόθηκαν προφορικά από τον υποψήφιο διδάκτορα Ιωαννη Νεραντζή, μέλος της ΑΡΤ-7, ο οποίος είχε να παρέχει τις απαραίτητες γνώσεις σχετικά με το κιβώτιο ταχυτήτων και το διαφορικό του μονοθεσίου. Η μορφή που δέχεται τα δεδομένα αυτά το πρόγραμμα είναι ξανά αυτή του «property file», το οποίο θα παρουσιαστεί αργότερα, κατά την περιγραφή των υποσυστημάτων ) Μεταλλικό χωροδικτύωμα ή αλλιώς «σασί» Το σασί του μονοθεσίου της ΑΡΤ-7 είναι φτιαγμένο από συγκολλημένους σωλήνες ανοξείδωτου χάλυβα και ζυγίζει 35 kg συμπεριλαμβανομένων των απαραίτητων μεταλλικών υποστηριγμάτων και βάσεων για ψαλίδια, κινητήρα, διαφορικό κτλ.. Εδράζει την ανάρτηση στο σύνολό της (ψαλίδια, μηχανισμό από κοκοράκια και αντιστρεπτικές ράβδους, αμορτισέρ) καθώς και την κρεμαριέρα και κολώνα του συστήματος διεύθυνσης. Όπως είναι εμφανές, η γεωμετρία του είναι 21

23 μεγάλης σημασίας να μπορεί να εισαχθεί στο πρόγραμμα MSC.Adams/Car, καθ ότι τα σημεία έδρασης των προαναφερθέντων μελών επηρεάζουν σημαντικά το σχεδιασμό του μονοθεσίου. Το σασί όμως σαν γεωμετρία είναι πολύπλοκο να αποτυπωθεί και να χρησιμοποιηθεί επακριβώς στο πρόγραμμα, επειδή το μέγεθος του αρχείου θα δυσχεραίνει την ομαλή λειτουργία του λογισμικού. Οπότε αποφασίστηκε να συλλεχθούν δεδομένα από το CAD πρόγραμμα Inventor, σχετικά με τις θέσεις έδρασης των σημαντικών μελών της ανάρτησης και του συστήματος διεύθυνσης. Αυτά συμπληρώθηκαν στα ανάλογα μοντέλα στο MSC.Adams/Car σαν 3d θέσεις στο χώρο και περιέγραψαν ουσιαστικά ένα σύνολο σημείων κλειδιών. Το πρόγραμμα κατόπιν χρησιμοποίησε την πλατφόρμα της FSAE για να περιγράψει απλά μια γραφική γεωμετρία, έτσι ώστε να είναι φιλικό στο χρήστη. Η γεωμετρία αυτή δε συμμετέχει στους υπολογισμούς του Post Processor. Κατόπιν θα γίνει πληρέστερη αναφορά σχετικά με τα δεδομένα που χρειάστηκαν να εισαχθούν για την επαρκή περιγραφή του υποσυστήματος του σασί. Το σασί σαν γεωμετρία εμφανίζεται παρακάτω: Σχήμα 23: Iso όψη από σασί του μονοθεσίου της ΑΡΤ-7 Σχήμα 24:Πλάγια όψη από σασί του μονοθεσίου της ΑΡΤ-7 22

24 1.1.7) Σύστημα πέδησης Το μονοθέσιο είναι εξοπλισμένο με σύστημα πέδησης που δρα και στους τέσσερις τροχούς και είναι υποχρεωτικό από τους κανονισμούς να μπορεί να μπλοκάρει και τους τέσσερις σε περίπτωση ανάγκης. Στον διαγωνισμό της FSAE υπάρχει εξάλλου ειδικός έλεγχος για να εξακριβωθεί η επαρκής λειτουργία των φρένων. Το μονοθέσιο διαθέτει δύο ανεξάρτητα υδραυλικά κυκλώματα για πέδηση στον μπροστινό και πίσω άξονα αντίστοιχα. Για την επιλογή των δαγκάνων έγινε υπολογισμός της μέγιστης επιβράδυνσης που θα είχε το όχημα. Ρόλο έπαιξε και η επιθυμία να κρατηθεί η μη αναρτώμενη μάζα σε χαμηλά επίπεδα. Η κατανομή πέδησης στους δύο άξονες γίνεται με μια ρυθμιστική βαλβίδα, έτσι ώστε να ρυθμίζεται η πέδηση σε υγρό οδόστρωμα. Αυτές οι ρυθμίσεις καθώς και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και η θέση έδρασης των μελών που συμμετέχουν στο σύστημα πέδησης εμπεριέχονται στο ανάλογο υποσύστημα του MSC.Adams/Car. 1.2) Κατάστρωση των κινηματικών μοντέλων των επιμέρους υποσυστημάτων στο Msc.Adams/Car 2005 r2 χρησιμοποιώντας τα συλλεγμένα δεδομένα. Για να είναι δυνατή η πραγματοποίηση της επιθυμητής δυναμικής επίλυσης, απαραίτητο είναι πρότινος να φτιαχτούν, ανεξάρτητα, τα επιμέρους υπομοντέλα του μονοθεσίου που συνθέτουν το συνολικό αυτοκίνητο. Κατόπιν τα έτοιμα μοντέλα συνθέτουν, αφού συνδεθούν μεταξύ τους με τη χρήση των λεγόμενων «communicators» που μεταφέρουν δεδομένα από το ένα σύστημα στο άλλο, ένα ενιαίο σύνολο. Έτσι μπορεί κανείς να πραγματοποιήσει ένα δυναμικό αγώνισμα, ή ακόμα και να παρατηρηθεί η λειτουργία τους σαν μεμονωμένα μοντέλα, πχ των αναρτήσεων σε κινηματικές επιλύσεις. Όλες οι επιλύσεις μπορούν να οπτικοποιηθούν, να κρατηθεί έγγραφο πρωτόκολλο πορείας της επίλυσης, ή και να παρασταθούν σαν γραφήματα σε ειδικό εργαλείο του MSC.Adams. Τα βασικά υποσυστήματα που συνθέτουν το μονοθέσιο είναι τα ακόλουθα: Χωροδικτύωμα (Frame) Μπροστά Σύστημα Ανάρτησης Πίσω Σύστημα Ανάρτησης Σύστημα Διεύθυνσης Μπροστινό Σύστημα Ελαστικών Πίσω Σύστημα Ελαστικών Σύστημα Πέδησης Σύστημα Κινητήρα Για ένα πιο σύνθετο μοντέλο όπου θα μπορεί κανείς να μοντελοποιήσει ακριβέστερα τη συμπεριφορά του αυτοκινήτου προσθέτοντας και τα συστήματα των αντιστρεπτικών ράβδων του μπροστά και πίσω συστήματος ανάρτησης. Αποφασίστηκε στη δική μας περίπτωση να μην γίνει κάτι τέτοιο, για εξοικονόμηση χρόνου και για το γεγονός ότι είχε ήδη προαποφασιστεί να κατασκευαστούν διαφόρων στρεπτικών στιβαροτήτων αντιστρεπτικές ράβδοι, των οποίων η απόδοση θα ελεγχόταν πειραματικά στην πίστα αργότερα. Τα ανεξάρτητα συστήματα παρουσιάζονται στις παρακάτω παραγράφους αναλυτικά. 23

25 Χωροδικτύωμα- frame Το μεταλλικό χωροδικτύωμα, ή όπως θα αναφέρεται από εδώ και στο εξής το «σασί» είναι το τμήμα του αυτοκινήτου, το οποίο οφείλει να φέρει τον κινητήρα, την ανάρτηση και γενικά όλα τα εξαρτήματα του οχήματος, καθώς και τον οδηγό φυσικά. Το σασί αποτελείται από ένα άκαμπτο σώμα, το οποίο καθορίζει την χωρική τοποθεσία όλων των μερών του μονοθεσίου τα οποία δεν περιστρέφονται και είναι σταθερά σε σχέση με το σύστημα συντεταγμένων του σασί. Είναι μια περίπλοκη συγκολλητή κατασκευή, η οποία μπορεί να περιγραφεί από τη θέση του κέντρου βάρους της, τη συνολική αναρτώμενη μάζα της, τις βασικές της διαστάσεις,πχ. συνολικό μήκος, πλάτος, ύψος, και κυρίως τις κύριες ροπές αδράνειάς του Ixx, Iyy, Izz. Κατά την μοντελοποίησή του χρειάστηκαν να προσδοθούν αυτές οι παράμετροι. Για οπτικούς και μόνο λόγους, ένα τρισδιάστατο μοντέλο του χωροδικτυώματος εισήχθη στο πρόγραμμα. Το μοντέλο δανείστηκε από την έτοιμη φόρμα της FSAE. Παρακάτω, είναι εμφανές το σασί με την μορφή που έχει στο πρόγραμμα προσομοίωσης: Σχήμα 25: Χωροδικτύωμα της πλατφόρμας FSAE που χρησιμοποιήθηκε για τη μοντελοποίηση. 24

26 Σχήμα 26: Πλαίσιο διαλόγου βασικών παραμέτρων καθορισμού του μοντέλου του σασί Μπροστά σύστημα ανάρτησης Η λειτουργία του μπροστινού συστήματος ανάρτησης, είναι να ελέγχει την ανεξάρτητη κίνηση του κάθε μπροστινού τροχού σε σχέση με το σασί. Ο κάθε τροχός συμπεριφέρεται ανάλογα με την κατάσταση φόρτισης που προέρχεται από το οδόστρωμα, καθώς και από την μεταφορά βάρους του αυτοκινήτου κλπ. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι το σύστημα στο σύνολό του είναι συμμετρικό ως προς το κεντρικό x-z επίπεδο. Το σύστημα ανάρτησης που χρησιμοποιήθηκε στο πρώτο μονοθέσιο της ΑΡΤ-7, αποτελείτο από διπλά ανισομεγέθη ψαλίδια, αμορτισέρ τα οποία αποτελούνται από συνδυασμό αποσβεστήρα και ελατηρίου και τέλος από τα μοχλικά ώθησης. Τα αμορτισέρ ενεργοποιούνται από ειδικές κατασκευές καθορισμού σχέσης μετάδοσης δυνάμεων, οι οποίες είναι γνωστές ως «κοκοράκια», ή αλλιώς «ζύγωθρα». Η ροή της δύναμης είναι ως εξής: Ο τροχός δέχεται συνολικό φορτίο, που προέρχεται από τυχόν αναταράξεις στο οδόστρωμα ή μεταφορά βάρους κατά τη διάρκεια κάποιας καμπής. Τη δύναμη αυτή δέχεται στην κύρια διέυθυνσή του, ένας μεταλλικός μοχλός, το λεγόμενο «μοχλικό ώθησης», ή μοχλός ώθησης. Αυτό συνδέεται στη μία άκρη του στο μουαγιέ, που είναι υπεύθυνο για τη στήριξη της πλύμνης του τροχού, και στην άλλη άκρη στο κοκκοράκι, το οποίο είναι σταθερά συνδεδεμένο στο σασί και διαθέτει έναν βαθμό ελευθερίας μόνο, αυτόν της περιστροφής γύρω από σταθερό άξονα. Έτσι η δύναμη του τροχού έχει πλέον εξωθήσει το κοκοράκι να περιστραφεί γύρω από τον άξονά του και μέσω μιας επιβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης, της οποίας η λειτουργία θα 25

27 εξηγηθεί αργότερα, να πατήσει το αμορτισέρ, το οποίο και παραλαμβάνει τελικά αυτό το φορτίο. Τελευταίος σύνδεσμος που υπάρχει στο σύστημα της μπροστά ανάρτησης, είναι μία ράβδος που ενώνει τον τροχό με την άκρη του μηχανισμού της κρεμαριέρας, από την οποία μεταφέρεται η γωνία στροφής του τιμονιού στην γωνία στροφής του τροχού. Η ράβδος αυτή θα ονομαστεί «καθοδηγητική ράβδος» ή αλλιώς «tierod». Η προσαρμογή του μπροστινού συστήματος ανάρτησης στο πρόγραμμα προσομοίωσης, γίνεται με την βοήθεια κάποιων «κύριων» σημείων, τα οποία είναι παραμετρικά σημεία των ανεξαρτήτων μελών του συστήματος. Τα «κύρια» αυτά σημεία προσδιορίζουν την θέση των αρθρώσεων των μελών στο χώρο και προσδίδουν τη δυνατότητα να μεταβάλλεται αυτή η θέση εύκολα και γρήγορα, όποτε το επιθυμεί ο σχεδιαστής. Το πρόγραμμα μεταβάλλει το μήκος και τη γωνία των διαφόρων μελών του υποσυστήματος, προκειμένου να συμπέσουν τα άκρα των μελών ή άλλα χαρακτηριστικά σημεία με τα τρισδιάστατα «κύρια σημεία» που ορίζει ο χρήστης. Η συνοχή και ο ρόλος του κάθε μέλους όμως, καθώς και ο τρόπος που συνεργάζεται με τα γειτονικά μέλη από το ίδιο ή από άλλο υποσύστημα του προγράμματος, παραμένουν σταθερά. Σε αυτό το σημείο αξίζει να αναφερθεί, ότι το λογισμικό δίνει την δυνατότητα να αλλαχθεί η γωνία Camber και η γωνία Toe ανεξάρτητα από τα «κύρια» σημεία, μέσω ξεχωριστού πλαισίου διαλόγου που παρουσιάζεται: Σχήμα 27: Πίνακας που συνοψίζει το σύνολο των «κύριων» σημείων που περιγράφουν το σύστημα της μπροστινής ανάρτησης. Εκτός των προβλεπόμενων άκρων του κάθε μέλους (ψαλίδια, μοχλικά, αμορτισέρ), βλέπει κανείς ότι 26

28 περιγράφεται και ο άξονας περι τον οποίο περιστρέφεται το κοκοράκι, το κέντρο του τροχού κλπ. Η τριγωνική γεωμετρία του ζυγώθρου περιγράφεται από τον συνδυασμό των «κύριων» σημείων που δένονται πάνω του, όπως η άκρη του μοχλικού, η άκρη του αμορτισέρ, η άκρη της αντιστρεπτικής ράβδου και το σημείο έδρασης στο σασί. Σχήμα 28: Πλαίσιο διαλόγου, στο οποίο καθορίζονται τα μεγέθη των γωνιών Camber και Toe και των δύο τροχών. Παρακάτω βλέπουμε το μπροστινό σύστημα ανάρτησης όπως μοντελοποιήθηκε από την ομάδα. Σχήμα 29:Iso όψη μοντέλου μπροστινού συστήματος ανάρτησης του οχήματος ΑΡΤ-7* 27

29 Σχήμα 30:Εμπρόσθια όψη μοντέλου μπροστινού συστήματος ανάρτησης του οχήματος ΑΡΤ-7* Σχήμα 31:Κάτοψη μοντέλου μπροστινού συστήματος ανάρτησης του οχήματος ΑΡΤ-7* Σχήμα 32: Πλάγια όψη μοντέλου μπροστινού συστήματος ανάρτησης του οχήματος ΑΡΤ-7* 28

30 *Στα σχήματα αυτά εικονίζεται και η ειδική διάταξη του κοκοριού του συστήματος διεύθυνσης, για το οποίο εκτενής λόγος θα γίνει στις παρακάτω παραγράφους. Το σύστημα αυτό σχεδιάστηκε αποκλειστικά από την σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων της ΑΡΤ-9 και δεν προϋπήρχε στην έτοιμη πλατφόρμα της FSAE. Συμπεριλήφθηκε στο σύστημα της ανάρτησης και όχι στο σύστημα διεύθυνσης όπως θα περίμενε κανείς για λόγους που έχουν να κάνουν με τους λεγόμενους «communicators» των υποσυστημάτων. Η ορθή επίλυση του προβλήματος υπήρχε μόνο εφόσον αυτό συμπεριλαμβανόταν στο σύστημα της ανάρτησης, έτσι ώστε η κρεμαριέρα να λαμβάνει δεδομένα από μέλος που ανήκει στο υποσύστημα της ανάρτησης (σημειώνεται με κύκλο στο σχήμα 29) και όχι σε μέλος του υποσυστήματος διεύθυνσης. Για το κάθε ένα μέλος που συμμετέχει στο σύστημα της ανάρτησης, παρέχονται πληροφορίες που έχουν να κάνουν με τη μάζα του, τις ροπές αδράνειάς του ως προς τους κεντρικούς άξονες του τοπικού συστήματος συντεταγμένων του μέλους. Επιπλέον καθορίζονται και βασικά γεωμετρικά μεγέθη, όπως η εξωτερική ακτίνα των σωλήνων και η ύπαρξη συμμετρίας στο μέλος ή όχι. Τα δεδομένα ως προς την ροπή αδράνειας που χαρακτηρίζει το κάθε μέλος, μπορούν είτε να υπολογιστούν από το ανάλογο CAD πρόγραμμα, από το οποίο λαμβάνεται η γεωμετρία, είτε να υπολογιστούν από το ίδιο το MSC.Adams/Car με βάση τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά που προκύπτουν. Θα ήταν συνιστώμενο να χρησιμοποιηθεί η πρώτη εκδοχή, καθώς θα πρόσδιδε μεγαλύτερη ακρίβεια στην επίλυση. Τα πλαίσια διαλόγου που επιτρέπουν την δυνατότητα αυτή παρουσιάζονται παρακάτω για τυχαίο μέλος του συστήματος (στην συγκεκριμένη περίπτωση το μοχλικό ώθησης) : Σχήμα 33: Προσδιορισμός μάζας, κύριων ροπών αδράνειας Ιxx,Iyy,Izz, προσδιορισμός θέσης κέντρου βάρους σε σχέση με τοπικό σύστημα συντεταγμένων, και πιθανή συμμετρία 29

31 Σχήμα 34: Προσδιορισμός γεωμετρικών χαρακτηριστικών του μέλους, όπως πχ. σε αυτήν την περίπτωση η ακτίνα. Το μήκος κάθε μέλους προκύπτει από το συνδυασμό των «κύριων σημείων», όπως φαίνεται στο σχ. 2 Το αμορτισέρ του συστήματος αναρτήσεων αποτελείται από αποσβεστήρα και ελατήριο ομοαξονικά εδρασμένα το ένα μέσα στο άλλο. Το ελατήριο μπορεί να προσομοιωθεί επαρκώς με τη βοήθεια του διαγράμματος στιβαρότητας ελατηρίου Κ. Η στιβαρότητα ελατηρίου Κ εξαρτάται από την διάμετρο του ελατηρίου, τη διάμετρο του σύρματος του ελατηρίου, τον αριθμό των σπειρών καθώς και το μήκος του. Τα ελατήρια που χρησιμοποιήθηκαν από την ΑΡΤ-7 έχουν γραμμική συμπεριφορά, πράγμα που σημαίνει ότι η βράχυνσή τους σε σταθερά αυξανόμενο φορτίο είναι και αυτή σταθερή. Παρ όλ αυτά το MSC.Adams/Car μπορεί να πραγματευθεί και μη γραμμική συμπεριφορά ελατηρίων. Αυτό συμβαίνει λόγω του τρόπου που εισάγεται η σταθερά ελατηρίου Κ στο υποσύστημα, όχι σαν ένας σταθερός αριθμός, μα ως ένα διάγραμμα,με άξονες την κάθετη ασκούμενη στο ελατήριο δύναμη F ελ και την αντίστοιχη μετατόπιση του ελατηρίου x ελ. Η μορφή του πλαισίου διαλόγου που παρουσιάζει την στιβαρότητα του ελατηρίου είναι η ακόλουθη: Σχήμα 35: Οπτικοποίηση στιβαρότητας ελατηρίου. Για την ακριβή προσομοίωση του μέλους πρέπει να δοθεί και το αρχικό μήκος του ελατηρίου σε αφόρτιστη κατάσταση. Η εισαγωγή των δεδομένων γίνεται με τη βοήθεια αρχείου τύπου.txt. 30

32 Σχήμα 36: Τρόπος απόδοσης στο λογισμικό της στιβαρότητας του ελατηρίου. Όπως είναι εμφανές, η σταθερά Κ είναι ίση με Κ=43.8 N/mm. Ο αποσβεστήρας είναι μια περίπλοκη κατασκευή που δεν θα είχε νόημα να αναλυθεί σε αυτήν την εργασία, μιας που ο αποσβεστήρας που χρησιμοποιήθηκε για το μονοθέσιο της ART-7 ήταν ένας συμβατικός αποσβεστήρας και όχι μεταβαλλόμενης απόσβεσης. Οι ιδιότητες των αποσβεστήρων εξαρτώνται κυρίως από ιδιότητες όπως, η πίεση του λαδιού, η ταχύτητα του πιστονιού, το ιξώδες του λαδιού που υπάρχει στον αποσβεστήρα, η αντίσταση που παρουσιάζουν τα διάφορα στόμια στη ροή του λαδιού καθώς και η δύναμη που ασκείται στον αποσβεστήρα. Επιπλέον σημασία έχουν και η θερμοκρασία και η πίεση λειτουργίας του αέρα που συνυπάρχει στον αποσβεστήρα. Σε αντίθεση με το ελατήριο, ο αποσβεστήρας που χρησιμοποιήθηκε για το αμορτισέρ του μονοθεσίου της ΑΡΤ-7 δεν παρουσιάζει γραμμική απόσβεση C. Το διάγραμμα που περιγράφει την απόσβεση του αποσβεστήρα παρουσιάζεται παρακάτω: 31

33 Σχήμα 37: Διάγραμμα στιβαρότητας αποσβεστήρα C. Πίσω σύστημα ανάρτησης Το σύστημα ανάρτησης του μονοθεσίου της ΑΡΤ-7, είναι ίδιας μορφής με το μπροστινό σύστημα ανάρτησης και οι λειτουργίες τους είναι ίδιες. Αποτελείται από διπλά ανισομεγέθη ψαλίδια, ένα μοχλικό ώθησης, το κοκοράκι και το αμορτισέρ, και η ροή δύναμης είναι η ίδια. Αυτό που αποτελεί τη βασική διαφορά των δύο συστημάτων είναι το ότι η περιστροφή των πίσω τροχών δεν είναι ελεύθερη, καθώς το πίσω σύστημα ανάρτησης δέχεται την ροπή περιστροφής των τροχών από το διαφορικό και εν τέλει από τον κινητήρα μέσω των ημιαξονίων. Επιπλέον σημαντική διαφορά είναι το ότι το μπροστινό σύστημα είναι κατευθυντήριο ενώ το πίσω όχι. Αυτό σημαίνει ότι ενώ η στροφή των μπροστινών τροχών ελέγχεται από τον οδηγό και το σύστημα διεύθυνσης, οι πίσω τροχοί του αυτοκινήτου είναι μονίμως σε ευθεία θέση και με σταθερό προσανατολισμό. Αντί η οδηγητική ράβδος να είναι συνδεδεμένη με το σύστημα της κρεμαριέρας, είναι απευθείας συνδεδεμένη με το σασί του αυτοκινήτου, εμποδίζοντας μια πιθανή περιστροφή του τροχού. Η ευθυγράμμιση του τροχού είναι σχεδόν μηδενική, ανάλογα με τον σωστό σχεδιασμό των μελών της ανάρτησης. Η αδυναμία πλήρους ευθυγράμμισης οφείλεται στο φαινόμενο «bump steering», το οποίο θα εξηγηθεί αναλυτικά αργότερα στο κείμενο. Η γωνία σύγκλισης ή απόκλισης των τροχών είναι ρυθμιζόμενη και στα δύο συστήματα αναρτήσεων, μέσω ειδικού μηχανισμού στη καθοδηγητική ράβδο. Παρακάτω παρουσιάζεται το πίσω σύστημα ανάρτησης, όπως μοντελοποιήθηκε στο MSC.Adams/Car: 32

34 Σχήμα 38: Iso όψη του πίσω συστήματος ανάρτησης του μονοθεσίου ΑΡΤ-7, ως υποσύστημα στο MSC.Adams/Car. * Σχήμα 39: Πλάγια όψη του πίσω συστήματος ανάρτησης του μονοθεσίου ΑΡΤ-7, ως υποσύστημα στο MSC.Adams/Car. * 33

35 Σχήμα 40: Κάτοψη του πίσω συστήματος ανάρτησης του μονοθεσίου ΑΡΤ-7, ως υποσύστημα στο MSC.Adams/Car. * * Στις προηγούμενες φωτογραφίες είναι αξιοπρόσεκτο το μέγεθος των αμορτισέρ στη γεωμετρική τους απεικόνιση στο υποσύστημα. Αυτό δεν θα πρέπει να θορυβήσει το χρήστη, καθότι το MSC.Adams/Car φτιάχνει γεωμετρίες με βάση κάποια βασικά χαρακτηριστικά και όχι όλη την εξωτερική γεωμετρία, καθότι κάτι τέτοιο θα ήταν χρονοβόρο στην επίλυση και και στην ίδια τη μοντελοποίηση. Έτσι, επειδή τα σημεία έδρασης του αμορτισέρ στην πραγματικότητα απέχουν μια αρκετά μεγάλη απόσταση (όπως είναι φανερό στο σχήμα 18), το πρόγραμμα αντιλαμβάνεται ότι σε αυτήν τη θέση βρίσκεται ένα αμορτισέρ μεγάλο τόσο σε μήκος και αναλογικά σε πλάτος. Τα χαρακτηριστικά του αμορτισέρ όμως εξαρτώνται από τα διαγράμματα των συντελεστών Κ και C, όπως και άλλων χαρακτηριστικών που αναφέρθηκαν με λεπτομέρεια σε παραπάνω παραγράφους. Αυτό το παράδοξο δεν επηρεάζει σε κάτι τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης, αντιθέτως απασχολεί μόνο το εμφανισιακό κομμάτι του υποσυστήματος. Να σημειωθεί επιπλέον ότι το πίσω υποσύστημα ανάρτησης διαθέτει και τα ημιαξόνια του οχήματος, στη σωστή θέση εδρασμένα στο κέντρο του τροχού, και για αυτόν τον λόγο μπορεί να προσέξει κανείς την απόσταση που έχει το θεωρητικό κέντρο του μουαγιέ, το οποίο βρίσκεται πάνω στον kingpin άξονα, από το κέντρο του τροχού στο σχήμα 39. Τα αμορτισέρ ως συνολική κατασκευή, δηλαδή ελατήριο και αποσβεστήρας, για την μπροστινή και πίσω ανάρτηση του οχήματος της ΑΡΤ-7 είναι ίδια. Οπότε η περεταίρω αναφορά για αυτά σε αυτό το σημείο θα ήταν υπερβολή, μιας και αναπτύχθηκε επαρκώς η μοντελοποίησή τους στις προηγούμενες παραγράφους. 34

36 Σύστημα Διεύθυνσης Η λειτουργία του συστήματος διεύθυνσης, είναι να επιτρέπει το όχημα να πραγματοποιήσει καμπές και να αποφύγει τυχόν εμπόδια στην πορεία κτλ. Το σύστημα αυτό συνδέει το τιμόνι, και άρα την επιθυμία του οδηγού του οχήματος για στροφή, με τους τροχούς του μπροστινού συστήματος ανάρτησης, που είναι υπεύθυνοι για να στρίψουν το όχημα. Τα δεδομένα εισάγονται, στρίβοντας το τιμόνι στην επιθυμητή κατεύθυνση, κάτι το οποίο μπορεί να συμβεί επειδή στο μπροστινό σύστημα ανάρτησης ένας βαθμός ελευθερίας στον τροχό έχει μείνει ελεύθερος. Το τιμόνι του μονοθεσίου μπορεί να περιστραφεί ο προς κάθε κατεύθυνση αρχίζοντας από κάθετο με το έδαφος προσανατολισμό. Το σύστημα διεύθυνσης αποτελείται από την κρεμαριέρα, την κολώνα του τιμονιού, τις ράβδους που ενώνουν την κρεμαριέρα με το μουαγιέ (τις λεγόμενες «καθοδηγητικές ράβδους»), και έναν μηχανισμό που λειτουργεί σαν κοκοράκι και μπορεί να οδηγήσει το σύστημα διεύθυνσης να συμπεριφέρεται διαφορετικά, όσον αφορά την σχετική γωνία του κάθε τροχού. Οι τρεις διαφορετικές ρυθμίσεις είναι η ρύθμιση Ackermann, η ρύθμιση Parallel και μία ενδιάμεση ρύθμιση. Η αλλαγή γίνεται αλλάζοντας το σημείο περιστροφής του κοκοριού του συστήματος διεύθυνσης σε σχέση με το σημείο έδρασης της καθοδηγητικής ράβδου στο μουαγιέ. Πρακτικά αυτό γίνεται αλλάζοντας μεταξύ 3 θέσεων, επάνω στον σωλήνα του σασί, τον πείρο περιστροφής του κοκοριού. Αυτό φαίνεται καθαρά στο σχήμα 41. Σχήμα 41: Τρεις διαφορετικές θέσεις έδρασης του κοκοριού διεύθυνσης δίνουν τη δυνατότητα υιοθέτησης 3 διαφορετικών συστημάτων διεύθυνσης. Η ρύθμιση αυτή έδωσε την δυνατότητα να γίνει αντιληπτό, ποιο σύστημα ανταποκρίνεται καλύτερα και κάνει το μονοθέσιο πιο ανταγωνιστικό. Σε αυτό το σημείο είναι απαραίτητο να γίνει αναφορά στο πως επηρεάζουν τα διαφορετικά συστήματα διεύθυνσης τη στροφή του μονοθεσίου. Το πιο σύνηθες σύστημα στα επιβατικά αυτοκίνητα, το οποίο είναι το Ackermann, δίνει τη δυνατότητα στον εσωτερικό τροχό του οχήματος κατά τη διάρκεια μιας στροφής να στρίψει σε 35

37 μεγαλύτερη γωνία από τον εξωτερικό, ο οποίος είναι και ο τροχός που λαμβάνει το μεγαλύτερο κάθετο φορτίο. Το σύστημα Anti-ackermann από την άλλη υιοθετείται από τα αγωνιστικά μονοθέσια κυρίως και οδηγεί τον εξωτερικό τροχό να στρίβει σε μεγαλύτερη γωνία από ότι τον εσωτερικό, ο οποίος πάλι λαμβάνει και το πιο μεγάλο φορτίο. Το σύστημα Parallel είναι πιο κοντά στην Anti-ackermann λογική, καθώς οι δύο τροχοί, όπως είναι εύκολα αντιληπτό στρίβουν με την ίδια γωνία κατά τη διάρκεια μιας καμπής, δηλαδή είναι παράλληλοι ο ένας στον άλλον. Η ενδιάμεση ρύθμιση είναι μια ρύθμιση που επιτρέπει τον εσωτερικό τροχό να στρίψει σε μικρή γωνία σχετικά με την Ackermann μεν, καθοριστικής σημασίας ως προς την συμπεριφορά δε. Περεταίρω αναφορά για το πώς λειτουργούν τα συστήματα διεύθυνσης θα γίνει μετέπειτα στην εργασία όταν θα γίνει λόγος για την επιλογή συστήματος διεύθυνσης από τις τέσσερις πιθανές επιλογές στο νέο μονοθέσιο της ART-9. Η οδηγική συμπεριφορά του μονοθεσίου και η δυνατότητά του να διατηρεί καλή πρόσφυση στις καμπές του δρόμου επηρεάζεται κυρίως από τη γεωμετρία του συστήματος διεύθυνσης, οπότε ήταν μεγάλης σημασίας να μοντελοποιηθεί σε ακρίβεια η δυνατότητα αυτού του μονοθεσίου να λαμβάνει τρία διαφορετικά συστήματα διεύθυνσης, κάτι που είναι και μάλλον το μεγαλύτερο σχεδιαστικό πλεονέκτημα αυτού του μονοθεσίου έναντι του ανταγωνισμού του. Για αυτόν τον λόγο φτιάχτηκαν τρία διαφορετικά συστήματα διεύθυνσης, τα οποία μπορούσαν να προσαρτηθούν σε οποιοδήποτε μπροστινό σύστημα ανάρτησης υπήρχε διαθέσιμο και να οδηγεί το συνολικό μοντέλο να έχει διαφορετική οδηγητική συμπεριφορά με κάθε αλλαγή. Αυτό έδωσε αργότερα τη δυνατότητα να μελετηθούν σε βάθος όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί που μπορούσε να έχει αυτό το αυτοκίνητο ως προς το σύστημα ανάρτησής του. Παρακάτω βλέπει κανείς το σύστημα διεύθυνσης όπως μοντελοποιήθηκε από την ομάδα: Σχήμα 42: Σύστημα τιμονιού, κολώνας μαζί με τον αντίστοιχο σταυρό Cardan, και κρεμαριέρας, όπως μοντελοποιήθηκε στο MSC.Adams/Car. 36

38 Σχήμα 43: Σύνολο συστήματος διεύθυνσης μαζί με κοκοράκια συστήματος διεύθυνσης και καθοδηγητικές ράβδους. Συστήματα Ελαστικών Το υποσύστημα που περιλαμβάνει την ζάντα και το ελαστικό χρειάζεται μόνο τον τύπο του ελαστικού που χρησιμοποιείται για να μπορέσει το λογισμικό να παράγει τις δυνάμεις μεταξύ τροχού και δρόμου όπως επίσης τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά, την μάζα και τις ροπές αδράνειας. Το μοντέλο του ελαστικού που δημιουργείται, συνεργάζεται με τον τροχό και μπορεί να προβλέψει την συμπεριφορά του ελαστικού όταν του δοθούν κάποια στοιχεία λειτουργίας όπως η γωνία ολίσθησης, το κάθετο φορτίο και η γωνία camber. Επειδή, η πρόβλεψη της συμπεριφορά του ελαστικού όταν σε αυτό εφαρμόζονται διάφορες εντατικές καταστάσεις κατά τη διάρκεια ενός δυναμικού αγωνίσματος, στο πρόγραμμα είναι δυνατό, να εισαχθούν τα χαρακτηριστικά του ελαστικού μέσω της μεθόδου Pacejka, όπως παρουσιάστηκε πρότερα στην εργασία. Η σχεδιαστική ομάδα χρησιμοποίησε την μέθοδο αυτήν, τροποποιημένη για τα ελαστικά που είχαν επιλεγεί να χρησιμοποιηθούν για τον αγώνα. Αυτά είναι από την εταιρία Avon, η οποία κατασκευάζει ελαστικά δρόμου καθώς και ελαστικά ιδιαίτερων απαιτήσεων, όπως τα συγκεκριμένα, τα οποία είναι κατηγορίας Silk-medium soft και έχουν 37

39 ονομαστικές 6.2/20 στον εμπρόσθιο άξονα και 7.2/20 προαναφέρθηκε. στον πίσω, όπως Παρακάτω βλέπουμε το σύστημα των ελαστικών όπως μοντελοποιήθηκε από την ομάδα και συνεργάζεται με το σύστημα αναρτήσεων του συνολικού μοντέλου, στέλνοντας απαραίτητα δεδομένα: Σχήμα 44: Σύστημα ελαστικών, όπως μοντελοποιείται στο MSC.Adams/Car. Συστήματα Πέδησης Το υποσύστημα της πέδησης στο πρόγραμμα λειτουργεί μόνο σαν ένα μαθηματικό μοντέλο που ενεργοποιείται παρέχοντας μία αντίθετη ροπή σε σχέση με την φορά κίνησης των τροχών. Στο μοντέλο συνυπάρχουν μια δαγκάνα και ένα δισκόφρενο σε κάθε τροχό σαν οπτικές οντότητες. Στην πραγματικότητα όμως δεν λειτουργούν σαν πραγματικά υποσυστήματα, όπως πχ. το αμορτισέρ στην ανάρτηση. Χαρακτηριστικά, στο δισκόφρενο και στη δαγκάνα δεν προσδίδεται καν μια ροπή αδράνειας ή μια μάζα, όπως γινόταν στα υπόλοιπα μέλη που συμμετέχουν στα διάφορα υποσυστήματα. Ο χρήστης μπορεί να εισάγει γεωμετρικά δεδομένα, όπως η ακτίνα του δισκόφρενου και η ακτίνα που έχει η πλήμνη στο σημείο έδρασης του δισκόφρενου, καθώς και κάποιους συντελεστές τριβής μεταξύ των επιφανειών τριβής (πχ. μεταξύ από τα τακάκια και τα δισκόφρενα). Όλες οι παράμετροι που μπορούν να περιγράψουν το υποσύστημα των φρένων καθώς και η γεωμετρική τους απεικόνιση, παρουσιάζονται παρακάτω, όπως εισάγονται στο πρόγραμμα: 38

40 Σχήμα 45: Γεωμετρική απεικόνιση συστήματος φρένων, που αποτελούνται από δισκόπλακα, δαγκάνα και έδραση στην πλήμνη. 39

41 Σχήμα 46: Παράμετροι καθορισμού του υποσυστήματος πέδησης στο Msc.Adams/Car. Σε αυτό το πλαίσιο διαλόγου προσδίδονται μερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά για την ομαλή αλλά και αντιπροσωπευτική λειτουργία του πραγματικού υποσυστήματος, όπως δόθηκαν από την ανάλογη ομάδα που ασχολούταν με το σύστημα των φρένων της ΑΡΤ-9. Κάποια από αυτά είναι γεωμετρικά, όπως πχ. το πάχος και η ενεργή διάμετρος των δίσκων καθώς και χαρακτηριστικά τριβής, όπως συντελεστές τριβής μεταξύ των συνεργαζόμενων υλικών. Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να αναφερθεί ότι κατά την εκπόνηση μιας δυναμικής ανάλυσης στο πρόγραμμα πρέπει να γίνει εισαγωγή του ποσοστού πέδησης, εφόσον το σύστημα πέδησης είναι μεταβλητό, όπως συμβαίνει σε αυτήν την περίπτωση. Επιπλέον είναι απαραίτητη η εισαγωγή της μέγιστης ροπής πέδησης που μπορεί να διαχειριστεί το σύστημα. Χαρακτηριστικά παρουσιάζεται το αντίστοιχο πλαίσιο διαλόγου, όπου καθορίζονται πρόσθετοι παράγοντες του συστήματος πέδησης: Σχήμα 47: Επιπλέον παράμετροι ρύθμισης του συστήματος πέδησης. Ρυθμίζεται το ποσοστό πέδησης μεταξύ του μπροστινού και πίσω άξονα και η μέγιστη δυνατή ροπής πέδησης, καθώς και άλλοι παράγοντες που αφορούν άλλα υποσυστήματα του μονοθεσίου. Συστήματα Μετάδοσης Κίνησης (κινητήρας- διαφορικό) Το σύστημα της μετάδοσης κίνησης αποτελείται από τρία μέρη. Δεν εισάγονται δεδομένα για τα εσωτερικά κινούμενα μέρη του κινητήρα, γιατί είναι κάτι που δεν βρίσκεται μέσα στο αντικείμενο μελέτης αυτής της εργασίας. Αντιθέτως είναι απαραίτητο για μία ακριβή δυναμική ανάλυση, όπου θα πραγματοποιείται επιτάχυνση και αλλαγή ταχυτήτων στο όχημα, να εισαχθούν κάποια χαρακτηριστικά επίδοσης του κινητήρα, το βάρος του, χαρακτηριστικά του συμπλέκτη και οι σχέσεις μετάδοσης στο κιβώτιο. Η ΑΡΤ-7 χρησιμοποίησε κινητήρα μοτοσυκλέτας Ηonda CBR600-RR, 600cc, με έξι σχέσεις μετάδοσης, των οποίων η αναλογία είναι προκαθορισμένη. Αυτό 40

42 γίνεται με την βοήθεια ενός αρχείου τύπου property file που περιγράφει τον χάρτη του κινητήρα και δείχνει την ροπή που έχει ο κινητήρας σε συγκεκριμένες στροφές με συγκεκριμένο άνοιγμα της πεταλούδας, όπως καθορίστηκε από πειραματική μέτρηση και με τη βοήθεια του προγράμματος GT-Power. Παρακάτω παρουσιάζεται η μορφή αυτού του property file: Σχήμα 48: Αρχείο καθορισμού της επίδοσης του κινητήρα. Σε αυτό παρουσιάζονται δεδομένα για τις στροφές του κινητήρα και την αντίστοιχη ροπή που παράγει σε αυτές τις στροφές. Για καλύτερη κατανόηση οπτικοποιούνται τα αποτελέσματα διαγραμματικά για 75% φορτίο, δηλαδή 75% η πεταλούδα της εισαγωγής αέρα ανοιχτή, και παρουσιάζεται το παρακάτω διάγραμμα ροπής κινητήρα σύμφωνα με τα δεδομένα του property file: 41

43 Σχήμα 49: Διάγραμμα ροπής κινητήρα για 75% φορτίο. Τα βασικά χαρακτηριστικά του κιβωτίου ταχυτήτων του κινητήρα καθώς και κάποια δεδομένα του συμπλέκτη, όσο το δυνατόν μπορούσαν να προσδιοριστούν από την σχεδιαστική ομάδα της ART-7, προσδιορίστηκαν και παρουσιάζονται παρακάτω: Σχήμα 50: Βασικά χαρακτηριστικά του υπομοντέλου μετάδοσης κίνησης. 42

44 Camber Angle[deg] Το υπομοντέλο του διαφορικού μεταδίδει τη ροπή που προσδίδει ο κινητήρας στο δεξί και αριστερό ημιαξόνιο που είχε μοντελοποιηθεί στο πίσω σύστημα ανάρτησης, μέσω κατάλληλων «communicators» και δίδει τη δυνατότητα διαφορετικής περιστροφικής ταχύτητας στους δύο οπίσθιους τροχούς, όπως είναι απαραίτητο σε μία καμπή έτσι ώστε να μην υπάρχει ολίσθηση του πίσω μέρους του αυτοκινήτου. Τα δεδομένα που αφορούν την μάζα και την ροπή αδράνειας προσδίδονται με βάση την αρχή της συμμετρίας του διαφορικού στον κεντρικό άξονα. 1.3) Έλεγχος ταύτισης των ισοδύναμων μοντέλων με την πραγματικότητα Σε αυτό το σημείο, και αφού έχει μοντελοποιηθεί όλο το αυτοκίνητο σε βαθμό που εξυπηρετεί την ακρίβεια της μελέτης της ομάδας, έπρεπε να γίνει έλεγχος της γεωμετρικής ταύτισης των βασικών υπομοντέλων υπό μελέτη. Αυτά είναι το σύστημα μπροστινής και πίσω ανάρτησης και το σύστημα διεύθυνσης. Για να γίνει αυτός ο έλεγχος, έπρεπε να δημιουργηθούν κάποια διαγράμματα που θα περιέγραφαν την κίνηση των μελών των συστημάτων στο χώρο (με τη βοήθεια του σχεδιαστικού πακέτου Inventor) και να συγκριθούν με τα αντίστοιχα που παράγει το πρόγραμμα MSC.Adams/Car για την ίδια κίνηση μελών. Κάποια από τα διάφορα κατατοπιστικά διαγράμματα που μπορούν να προκύψουν για αυτόν τον σκοπό είναι τα ακόλουθα: 1.3.1) Κινηματικός έλεγχος μπροστινού συστήματος ανάρτησης: Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) γωνία Camber. Camber angle vs Wheel Travel 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00-1,50-2,00-2, Wheel Travel[mm] 43

45 Caster Angle [deg] Kingpin Angle[Deg] Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) γωνία Caster Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) γωνία άξονα Kingpin με το κάθετο επίπεδο Caster Angle vs Wheel Travel 7,0 6,9 6,8 6,7 6,6 6,5 6,4 6,3 6,2 6,1 6, Wheel Travel[mm] Kingpin Inclination Angle vs Wheel Travel Wheel Travel[mm] 44

46 Stifnees Scrub Radius[mmm] Κάθετη δύναμη στον τροχό ή αλλιώς δυσκαμψία Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel), ή αλλιώς «wheel rate». Scrub radius Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) Wheel Rate Wheel Travel[mm] Scrub Radius vs Wheel travel Wheel Travel[mm] 45

47 Camber Angle[deg] Caster Angle[deg] 1.3.2) Κινηματικός έλεγχος πίσω συστήματος ανάρτησης: Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) γωνία Camber: Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) γωνία Caster: Camber Angle 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2, Wheel Travel [mm] Caster Angle Wheel Travel[mm] 46

48 Kingpin Angle[deg] Stiffness Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) γωνία άξονα Kingpin Κάθετη δύναμη στον τροχό ή αλλιώς δυσκαμψία Κάθετη διαδρομή με το κάθετο επίπεδο τροχού (wheel travel), ή αλλιώς «wheel rate». Kingpin Inclination Angle Wheel Travel[mm] Wheel Rate Wheel Travel[mm] 47

49 Radius Scrub radius Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) -6 Scrub Radius Wheel Travel[mm] 48

50 Steering Wheel Input[deg] Inner Wheel Angle[deg] 1.3.3) Κινηματικός έλεγχος συστήματος διεύθυνσης: Στροφή στο τιμόνι Αντίστοιχη στροφή στον εξωτερικό τροχό Στροφή στον εσωτερικό τροχό Αντίστοιχη στροφή στον εξωτερικό τροχό Steering Wheel Angle vs Steer Angle Steer Angle[deg] Steer Angle Left vs Steer Angle Right Outer Wheel Angle[deg] 49

51 Inner Wheel Angle[deg] Camber Angle[de] Στροφή στον εσωτερικό τροχό Αντίστοιχη στροφή στον εξωτερικό Στροφή στους τροχούς Γωνία κατά τη στροφή (Camber gain) Camber που λαμβάνουν Steer Angle Left vs Steer Angle Right Outer Wheel Angle[deg] Camber Gain 0-0,5-1 -1, Steer Angle[deg] 50

52 Steer Angle[deg] Bump steering του τροχού - Κάθετη διαδρομή τροχού (wheel travel) 0 Bump Steering -0,05-0,1-0,15-0, Wheel Travel[mm] 51

53 1.4) Κατάστρωση του δυναμικού μοντέλου του συνολικού μονοθεσίου. Δυνατές παραλλαγές των υποσυστημάτων ανάρτησης και συστήματος διεύθυνσης. Μελέτη περί της εύρεσης του κέντρου βάρους του συνολικού μονοθεσίου στους 3 άξονες. Διάφορες εναλλακτικές προσομοίωσης δυναμικών αγωνισμάτων ) Κατάστρωση του δυναμικού μοντέλου του συνολικού μονοθεσίου. Η διαδικασία σύνθεσης ενός ολοκληρωμένου μοντέλου προσομοίωσης ενός οχήματος στο πρόγραμμα MSC.Adams/Car είναι απλή. Το ολοκληρωμένο μοντέλο για να λειτουργήσει χρειάζεται να προσδιοριστούν από το χρήστη ποια θα είναι τα διάφορα υποσυστήματα που θα συνεργάζονται για να συνθέσουν το ολοκληρωμένο μοντέλο. Ο χρήστης έχει φυσικά τη δυνατότητα να σχεδιάσει διάφορα υπομοντέλα και να χρησιμοποιεί κάθε φορά όποιο επιθυμεί να ελέγξει. Το πλαίσιο στο οποίο εισάγονται τα υποσυστήματα που είναι απαραίτητα είναι το ακόλουθο: Σχήμα 51: Πλαίσιο στο οποίο ο χρήστης εισάγει τις επιλογές του όσον αφορά τα συστήματα που επιθυμεί να ελέγξει στο συνολικό μοντέλο. Τα συστήματα πέδησης και διαφορικού-κινητήρα είναι προαιρετικά καθότι δεν είναι απαραίτητα για όλα τα αγωνίσματα που μπορεί να προσομοιώσει ο χρήστης. Επιπλέον είναι εμφανές ότι ο χρήστης μπορεί να επιλέξει και πλατφόρμα- διάταξη δοκιμής (test rig) 52

54 1.4.2) Δυνατές παραλλαγές των υποσυστημάτων ανάρτησης και συστήματος διεύθυνσης. Για τη μελέτη του μονοθεσίου της ΑΡΤ-7 έπρεπε να μπορεί η σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων να αξιολογήσει σε προσομοίωση όλες τις πιθανές παραλλαγές στησίματος της ανάρτησης του μονοθεσίου. Για αυτόν τον λόγο έπρεπε να σχεδιαστούν και να είναι έτοιμα προς χρήση τα εξής υποσυστήματα: Οσον αφορά τα υποσυστήματα μπροστά και πίσω ανάρτησης: Παραλλαγές ως προς την γωνία Camber: Camber Γωνία Μπροστινή Ανάρτηση Πίσω ανάρτηση C1 ρύθμιση -3,85 ο -4,14 ο C2 ρύθμιση -2,85 ο -2,91 ο C3 ρύθμιση -1,54 ο -1,45 ο C4 ρύθμιση -0,23 ο -0,0 ο Μεταβολή στον Άξονα Πρόνευσης (Anti-features) Μπροστά ανάρτηση Πίσω ανάρτηση 84% 60% 40% 20% 100% 78% 53.5% 30% Όσον αφορά το σύστημα διεύθυνσης: Κ1- ρύθμιση Ackermann σύστημα διεύθυνσης Κ2- ρύθμιση Ενδιάμεσο σύστημα διεύθυνσης Κ3- ρύθμιση Παράλληλο σύστημα διεύθυνσης Διαγραμματικά παρουσιάζονται τα άνωθεν συστήματα διεύθυνσης, σύμφωνα με τη γωνία στροφής του εξωτερικού και του εσωτερικού τροχού του οχήματος σε μία καμπή: Σχήμα 52: Σύστημα διεύθυνσης Ackermann. Ο εξωτερικός τροχός έχει στραφεί κατά 23,29 ο και αντίστοιχα ο εσωτερικός τροχός κατά 31,41 ο για στροφή τιμονιού από -96,62 ο 53

55 εώς +96,62 ο που είναι και η μέγιστη στροφή τιμονιού του μονοθεσίου ΑΡΤ-7. Άρα ανταποκρίνεται η κινηματική σε ένα σύστημα Ackermann. Σχήμα 53: Ενδιάμεσο σύστημα διεύθυνσης. Ο εξωτερικός τροχός έχει στραφεί κατά 23,26 ο και αντίστοιχα ο εσωτερικός τροχός κατά 29,39 ο για στροφή τιμονιού από - 96,62 ο εώς +96,62 ο που είναι και η μέγιστη στροφή τιμονιού του μονοθεσίου ΑΡΤ-7. Άρα ανταποκρίνεται η κινηματική σε ένα σύστημα που δεν είναι ούτε Ackermann αλλά ούτε παράλληλο. Είναι κάτι το ενδιάμεσο. Σχήμα 54: Παράλληλο σύστημα διεύθυνσης. Ο εξωτερικός τροχός έχει στραφεί κατά 23,39 ο και αντίστοιχα ο εσωτερικός τροχός κατά 28,02 ο για στροφή τιμονιού από -96,62 ο εώς +96,62 ο που είναι και η μέγιστη στροφή τιμονιού του μονοθεσίου ΑΡΤ-7. Άρα ανταποκρίνεται η κινηματική σε ένα σύστημα σχεδόν παράλληλο. 54

56 1.4.3) Μελέτη περί της εύρεσης του κέντρου βάρους του συνολικού μονοθεσίου στους 3 άξονες Για τον προσδιορισμό της θέσης του κέντρου βάρους του μονοθεσίου της ΑΡΤ- 7 σε επίπεδο μοντελοποίησης λήφθηκαν πληροφορίες από τον σχεδιαστή των αναρτήσεων της ομάδας ΑΡΤ-7 και συγκρίθηκαν με αυτές που προκύπτουν από το σχεδιαστικό πρόγραμμα Inventor, όπου θέτοντας την ακριβή γεωμετρία των μερών που απαρτίζουν το μονοθέσιο στο σύνολό του καθώς και τα υλικά τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για κάθε μέλος (πχ. Χάλυβας, πλαστικό ή αλουμίνιο, τα οποία διαθέτουν διαφορετική πυκνότητα ανά mm 2 και άρα διαφορετική μάζα), ήταν εφικτό να προσδιοριστεί σε αρκετά μεγάλη ακρίβεια η σαφής θέση του κέντρου μάζας του οχήματος στους 3 άξονες. Πειραματικά μετρήθηκε αργότερα από τα μέλη της ομάδας ΑΡΤ-9 για να προσδιοριστεί η ακριβής θέση και να εισαχθεί στο πρόγραμμα μοντελοποίησης Msc.Adams/Car, μιας και είναι μεγάλης σημασίας δεδομένο και έπρεπε να γίνει ιδιαίτερη μνεία για αυτό. Έτσι προσδιορίστηκαν τα εξής δεδομένα*: x-άξονας y-άξονας z-άξονας Cad-Μοντέλο 1778,6mm 0mm 319,8mm Πειραματικά δεδομένα 1631mm 4mm 330mm *(Οι παραπάνω συντεταγμένες μεταφράστηκαν αναλόγως και αναφέρονται ως προς το σημείο αφετηρίας του προγράμματος CAD και του Msc.Adams/Car και δεν αναφέρονται σε ένα σημείο μηδέν που να ανήκει στο μονοθέσιο, κάτι που για τον χρήστη του λογισμικού Adams/Car δεν θα ήταν εξυπηρετικό, καθώς το κέντρο βάρους θέτεται ως προς το γενικό σημείο κεντρικών συντεταγμένων του υποσυστήματος του ολόκληρου μοντέλου του οχήματος). Το κέντρο βάρους όπως προσδιορίστηκε από το CAD πρόγραμμα Inventor εμφανίζεται ακολούθως: Σχήμα 55: Πλάγια όψη συνολικού μονοθεσίου και προσδιορισμός θέσης κέντρου βάρους στον x-επιμήκη και z-κάθετο άξονα στο CAD πρόγραμμα Inventor. 55

57 Σχήμα 56: Κάτοψη συνολικού μονοθεσίου και προσδιορισμός θέσης κέντρου βάρους στον y-εγκάρσιο άξονα στο CAD πρόγραμμα Inventor. Παρατηρείται ότι η επιθυμητή κατανομή του βάρους του μονοθεσίου στον εγκάρσιο άξονα αναφοράς είναι στο 50%-50% και σχεδιάστηκε αναλόγως. Είναι εξαιρετικά ευχάριστο το γεγονός ότι ως προς αυτήν την κατανομή δεν παρατηρήθηκαν και πειραματικά ιδιαίτερες αποκλίσεις και έτσι το μονοθέσιο αυτό παρουσιάζει ίδια δυναμική συμπεριφορά σε μία αριστερόστροφη και μία δεξιόστροφη στροφή, κάτι που είναι γενικό πολύ θετικό. Η διαδικασία με την οποία έγινε η πειραματική μέτρηση είναι η ακόλουθη: Προμηθεύτηκαν τέσσερις ίδιες ζυγαριές και τοποθετήθηκαν σε έδαφος με όσο το δυνατόν μηδενική κλίση. Ο κάθε τροχός του οχήματος τοποθετήθηκε πάνω σε κάθε μία από τις τέσσερις ζυγαριές και σε πρώτη φάση μετρήθηκε το συνολικό βάρος του οχήματος στα 283kg. Σε δεύτερη φάση ανασηκώθηκε το μπροστινό μέρος του αυτοκινήτου σε ύψος 25cm, ώστε να μην ακουμπούν οι μπροστινοί τροχοί στο έδαφος. Σε εκείνο το σημείο μετρήθηκε η ένδειξη των ζυγαριών των πίσω τροχών, έτσι ώστε να προσδιοριστεί η μεταφορά του κέντρου βάρους. Η μέτρηση επαναλήφθηκε ανασηκώνοντας το πίσω μέρος του μονοθεσίου αντίστοιχα. Γνωρίζοντας το μεταξόνιο, το συνολικό βάρος του μονοθεσίου, τη κατανομή του βάρους στον μπροστινού και πίσω άξονα αντίστοιχα, το ύψος στο οποίο ανασηκώθηκε ο κάθε άξονας αντίστοιχα και την περίμετρο του ελαστικού (στα c=2πr=1595mm) εφαρμόζουμε την παρακάτω υπολογιστική διαδικασία: 56

58 ,όπου: c = μεταξόνιο θ = γωνία ανύψωσης Fwc = μεταφορά βάρους στον μπροστινό άξονα αν ανασηκωθεί ο πίσω Τw = συνολικό βάρος h = ύψος ανύψωσης Με αυτόν τον τρόπο προσδιορίζεται το κάθετη κατακόρυφη απόσταση του κέντρου βάρους από την νοητή γραμμή που ορίζεται μεταξύ του μπροστινού και πίσω άξονα. Όμως σε αυτήν την απόσταση πρέπει να προστεθεί και η απόσταση του άξονα αυτού από το έδαφος, η οποία είναι ίση με r=254mm. Το άθροισμα αυτών των δύο μηκών προσδίδει το ύψος του κέντρου βάρους από το έδαφος ) Εναλλακτικές προσομοίωσης δυναμικών αγωνισμάτων. Κατόπιν της μοντελοποίησης και του ελέγχου των συστημάτων της ανάρτησης και διεύθυνσης, είναι σε θέση πλέον η ομάδα να προχωρήσει στην μελέτη του μοντέλου του συνολικού μονοθεσίου σε ειδική δυναμική ανάλυση για τις διάφορες δοκιμασίες στις οποίες συμμετέχει. Αυτός εξάλλου ήταν και ο πρωταρχικός στόχος, δηλαδή να αποκτηθεί γνώση για τη δυναμική συμπεριφορά του συνόλου του μονοθεσίου στα αγωνίσματα. Το λογισμικό Adams/Car προσφέρει τη δυνατότητα δυναμικής ανάλυσης σε προκαθορισμένα αγωνίσματα, όπως επίσης και τη δυνατότητα να σχεδιάσει κανείς το δικό του αγώνισμα, δηλαδή τη δική του πίστα και πορεία μέσω του περιβάλλοντος «Event Builder». Αποφασίστηκε ότι δεν είναι απαραίτητο να σχεδιαστεί η πίστα του πρωταθλήματος της FSAE αυτή καθεαυτή έτσι ώστε να προσομοιωθεί η δυναμική απόδοση του μονοθεσίου στο αγώνισμα της αντοχής. Αυτό αποφασίστηκε κυρίως επειδή δεν υπήρχε αρκετός διαθέσιμος χρόνος για κάτι τέτοιο αλλά και επειδή μια ανάλυση σε τόσο βάθος ξεφεύγει από τις απαιτήσεις της ομάδας σε ακρίβεια. Επιπλέον σημαντικό είναι το γεγονός ότι σε έναν αγώνα FSAE κυρίαρχο ρόλο παίζουν και οι ικανότητες του φοιτητή-οδηγού στην 57

59 απόδοση του οχήματος στην πίστα, οπότε μία προσομοίωση σε τέτοιο βάθος θα ήταν ανώφελη. Τα αγωνίσματα που μπορεί να επιλέξει ο χρήστης για δυναμική ανάλυση χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες: Ανοιχτής διαδρομής (απεριόριστου οδοστρώματος) Διαδρομή τύπου «αγκίστρι» Ακαριαία στροφή στο τιμόνι Στροφή του οχήματος υπό κλίση Αλλαγή λωρίδας πορείας Αλλαγή μοιρών στροφής στο τιμόνι, όταν ήδη βρίσκεται το όχημα στραμμένο Διαδρομή τύπου «s» Αγωνίσματα καμπής σε προδιαγεγραμμένο οδόστρωμα Κυκλική διαδρομή σταθερής ακτίνας Προδιαγεγραμμένη στροφή και άσκηση ταυτόχρονης πέδησης Προδιαγεγραμμένη στροφή με ταυτόχρονη ελευθέρωση του τιμονιού Στροφή με ταυτόχρονη αποδέσμευση του γκαζιού Αγωνίσματα ευθείας πορείας σε προδιαγεγραμμένο οδόστρωμα Επιτάχυνση Επιβράδυνση Εισαγωγή τρισδιάστατης πορείας μέσω αρχείου Τα αγωνίσματα της πρώτης ομάδας ελέγχουν την δυναμική απόκριση του οχήματος σε κάποιες εντολές του οδηγού, δίχως όμως να υπάρχει περιορισμός σε χρόνο ή πορεία. Το όχημα πρέπει απλά να εκτελέσει όσο το δυνατόν πιο κοντινή διαδρομή σε αυτήν που του ζητήθηκε. Τα αγωνίσματα της δεύτερης ομάδας ελέγχουν την απόκριση του οχήματος σε μια εξαναγκασμένη καμπή. Το όχημα πρέπει να εκτελέσει την πορεία σε προκαθορισμένο χρόνο και με συγκεκριμένη αρχική και τελική ταχύτητα. Η δυνατότητά του στο να εκτελέσει τη δοθείσα μανούβρα είναι αυτό που ελέγχεται κάθε φορά. Σημείο ενδιαφέροντος είναι το πως επηρεάζουν οι διάφορες αλλαγές που μπορεί να κάνει ο χρήστης στη γεωμετρία της ανάρτησης, την συμπεριφορά και τα «κρατήματα» του οχήματος στο δρόμο. Τα αγωνίσματα της τρίτης ομάδας είναι αυτά που δίνουν στο χρήστη τις περισσότερες ξεκάθαρες πληροφορίες για την αποτελεσματικότητα και τη σωστή 58

60 λειτουργία των υποσυστημάτων της πέδησης, του κινητήρα καθώς και κάποιων χαρακτηριστικών του συστήματος διεύθυνσης όπως το "bump steering. Αποφασίστηκε μετά από αποτίμηση των δυνατοτήτων και της αξίας των αποτελεσμάτων των άνωθεν δυναμικών αγωνισμάτων, ότι τα αγωνίσματα που θα έδιναν στην σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων πολύτιμη γνώση για τη δυναμική συμπεριφορά του μονοθεσίου ΑΡΤ-7 είναι τα εξής δύο: Κυκλική διαδρομή σταθερής ακτίνας ( Constant Radius Cornering ή αλλιώς CRC) Τα δύο αυτά αγωνίσματα καταδεικνύουν στον χρήστη και σχεδιαστή τη συνολική συμπεριφορά του οχήματος στο δρόμο. Το αγώνισμα CRC υποδεικνύει τη δυναμική συμπεριφορά του οχήματος σε συγκεκριμένη και σταθερή δυναμική κατάσταση στροφής. Η προσημείωση αυτή βοήθησε στο να γίνει αντιληπτό ποια ρύθμιση γωνιών Camber συνεργάζεται καλύτερα με το καθένα από τα τρία διαφορετικά συστήματα διεύθυνσης που μπορεί να υιοθετήσει το μονοθέσιο AΡΤ-7. Το αγώνισμα που προσομοιώθηκε μέσω του έτοιμου αγωνίσματος CRC ήταν ουσιαστικά αυτό του αγωνίσματος Skid Pad του πρωταθλήματος FSAE. Σε αυτήν τη δοκιμασία το μονοθέσιο καλείται να εκτελέσει μια πορεία στην πίστα που έχει τη μορφή 8, ή αλλιώς το λεγόμενο «οχτάρι», το οποίο καταδεικνύεται ακολούθως: Σχήμα 57: Δυναμικό αγώνισμα Skid Pad. Το μονοθέσιο εισέρχεται από τον διάδρομο εισόδου εκτελεί δύο δεξιόστροφους γύρους με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ταχύτητα στον δεξί κύκλο που οριοθετείται μέσω κώνων, και κατόπιν εισέρχεται στον αριστερό οριοθετημένο κύκλο και εκτελεί και εκεί ακόμα δύο αριστερόστροφους 59

61 κύκλους και έπειτα εξέρχεται από το διάδρομο εξόδου. Στην περίπτωση πτώσης ή μετακίνησης με το μονοθέσιο κάποιου κώνου, αυτό θα επιφέρει ποινή 0,25sec στον καταμετρημένο μέσο όρο των καταμετρημένων γύρων. Αντιστοίχως λοιπόν με το συγκεκριμένο αγώνισμα προσομοιώθηκε ένα αγώνισμα CRC που προσομοιώνει τον έναν από τους δύο κύκλους του αγωνίσματος Skid Pad, και συγκεκριμένα τον δεύτερο χρονομετρημένο. Το μονοθέσιο εκτελεί σταθερό κύκλο ακτίνας 9.125m, σε καθορισμένη πολύ μικρή διαμήκη επιτάχυνση, ξεκινώντας από τα 8m/sec έως τα 15m/sec (εφικτό είναι να προσδιοριστούν τα αρχικά και τα τελικά g s πλευρικής επιτάχυνσης του οχήματος αντίστοιχα). Καθότι τη συγκεκριμένη μανούβρα την εκτελεί επί χρονικό διάστημα 70 sec,αρκετό για να απαλειφθούν τα διάφορα ταλαντωτικά δυναμικά φαινόμενα αλλαγής κατάστασης και θέσης που εμφανίζονται στην αρχή του αγωνίσματος, επιτυγχάνεται με αυτόν τον τρόπο να παρουσιάζει το όχημα μεγάλη μεν αλλά σχεδόν σταθερή πλευρική επιτάχυνση. Αυτό είναι εξάλλου και το επιθυμητό, καθώς σημείο ενδιαφέροντος είναι ο δεύτερος γύρος που εκτελεί ο οδηγός με την ταχύτητα και ορμή που έχει ανακτήσει από τον πρώτο αναγνωριστικό γύρο του. Επομένως χρήσιμο είναι ένα αγώνισμα όπου η ταχύτητα με την οποία το εκτελεί είναι περίπου σταθερή και άρα και η πλευρική του επιτάχυνση. Πρέπει εδώ να σημειωθεί ότι η προσομοίωση εκτελείται από έναν εικονικό οδηγό, ο οποίος μπορεί να εκτελέσει λειτουργίες χειρισμού του μονοθεσίου άνευ σωματικών περιορισμών ανθρώπινης φυσιολογίας, πχ. εκτέλεση πλήρους περιστροφής τιμονιού σε λιγότερο από 0,15 sec. Για αυτόν το λόγο θα πρέπει να δείχνει κανείς ιδιαίτερη προσοχή στην αξιοπιστία αυτών των αποτελεσμάτων και να έχει υπόψιν του τον ανθρώπινο παράγοντα, και αναλόγως να αξιολογεί ένα αποτέλεσμα ως σωστό ή άνευ ρεαλιστικής βάσης και άρα εσφαλμένο. Η δυναμική αλληλοσυσχέτιση των ελαστικών και του οδοστρώματος που χρησιμοποιείται για το συγκεκριμένο αγώνισμα καθορίζεται κάθε φορά από το χρήστη. Αυτό γίνεται μέσω της επιλογής του επιθυμητού σετ ελαστικών, όταν ακόμα γίνεται ο καθορισμός των υποσυστημάτων που θα συμμετέχουν σε μια δυναμική ανάλυση οχήματος, και έπειτα όταν καθορίζονται τα χαρακτηριστικά του αγωνίσματος και γίνεται επιπλέον επιλογή της μορφής του οδοστρώματος. Το λογισμικό παρέχει στο χρήστη την επιλογή από διάφορα είδη οδοστρωμάτων, όπως πχ. δισδιάστατο οδόστρωμα δίχως ανωμαλίες, δισδιάστατο οδόστρωμα με σταθερή κλίση, τρισδιάστατο με ανωμαλίες, τρισδιάστατο οδόστρωμα με στοχαστικά εμπόδια κλπ. Την επιλογή την κάνει κανείς μέσω χρήσης διαφορετικών «property files» που περιγράφουν την επιφάνεια του οδοστρώματος και υπάρχουν φόρμουλες υπολογισμού του συντελεστή τριβής μεταξύ της επιφάνειας δρόμου και επιλεγμένου ελαστικού. Το πλαίσιο διαλόγου, όπου μοντελοποιείται το CRC αγώνισμα είναι το ακόλουθο: 60

62 Σχήμα 58: Πλαίσιο διαλόγου κατάστρωσης αγωνίσματος Constant Radius Cornering Αλλαγή λωρίδας πορείας ( Single Lane Change ή αλλιώς SLC) Το μονοθέσιο στον αγώνα της FSAE καλείται να εκτελέσει και μια πορεία στην πίστα που είναι οριοθετημένη με κώνους, όπως στους συνηθισμένους μηχανοκίνητους αγώνες. Σε αυτήν την πορεία θα κληθεί το μονοθέσιο να εκτελέσει τουλάχιστον ένα «σλάλομ». Αυτό οριοθετείται με κώνους παρατεταγμένους σε μία ευθεία και με σταθερή απόσταση μεταξύ τους να κυμαίνεται από τα 7.62m εώς τα 12.19m, ανάλογα πόσο δύσκολο ή απλό χρειάζεται να είναι ένα «σλάλομ» σαν δοκιμασία. Σε αυτό το σημείο θα ελεγχθεί η δυναμική συμπεριφορά των αναρτήσεων του οχήματος σε απότομες αλλαγές δυναμικής κατάστασης. Το να μπορέσει το μονοθέσιο να ακολουθήσει τη δοθείσα διαδρομή είναι μεγάλης σημασίας, καθώς η ρίψη ή και μετακίνηση ενός κώνου κοστίζει ποινή 2sec στο συνολικό καταμετρημένο χρόνο και το να παραληφθεί ολόκληρο το «σλάλομ» σημαίνει ποινή 20sec στον συνολικό καταμετρημένο χρόνο. Η συγκεκριμένη πορεία δεν ήταν δυνατό στα χρονικά πλαίσια που υπήρχαν να μοντελοποιηθεί πλήρως από την σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων. Θα έπρεπε να σχεδιαστεί η πορεία μέσω του ειδικού περιβάλλοντος εργασίας του MSC.Adams/Car Event Builder καθώς και να προγραμματιστεί ανάλογη συμπεριφορά του εικονικού οδηγού στο περιβάλλον MSC.Adams/Driver. Κάτι τέτοιο ξέφευγε από τις απαιτήσεις της ομάδας ως προς την ακρίβεια και λεπτομέρεια της 61

63 προσομοίωσης. Για αυτόν τον λόγο επιλέχθηκε να μοντελοποιηθεί η απόδοση του μονοθεσίου σε απότομη αλλαγή της πορείας του μέσω ενός «σφιχτού χρονικά» αγωνίσματος αλλαγής λωρίδας πορείας. Υπολογίστηκε και σχεδιάστηκε η διαδρομή που εκτελεί το μονοθέσιο μέσα στην πίστα και ακολούθησαν τα παρακάτω συμπεράσματα για το συγκεκριμένο αγώνισμα. Στροφή του τιμονιού από 0 ο στις 31 ο Ταχύτητα μονοθέσιου ίση με 40 km/h Το αγώνισμα θα πρέπει να τελειώνει σε χρόνο 0.8 sec, επειδή ένα μονοθέσιο με μεταξόνιο 1650mm θα πρέπει να ελίσσεται γύρω από ένα κώνο σε αυτόν τον χρόνο για να μπορεί να είναι ανταγωνιστικό αν λάβει κανείς υπόψιν τη δυσχερή περίπτωση απόστασης κώνων στα 7.62m Το αγώνισμα του SLC περιγράφει μια πορεία, όπου το όχημα κινείται με μια ορισμένη από τον χρήστη σταθερή ταχύτητα σε μια ευθεία πορεία και καλείται από τον εικονικό οδηγό να εκτελέσει σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, που επίσης καθορίζεται από το χρήστη, μια αλλαγή στην πορεία του. Η αλλαγή αυτή εισάγεται μέσω: Γωνίας στρέψης τιμονιού σε μοίρες Ροπή στο τιμόνι Μετακίνηση στην κρεμαριέρα Πιο εύχρηστος τρόπος κρίθηκε ότι είναι η γωνία στρέψης του τιμονιού και αυτός τελικά χρησιμοποιήθηκε. Εισάγεται η αρχική γωνία στρέψης του τιμονιού που θα έχει η μανούβρα και η τελική επιθυμητή. Αυτές οι ρυθμίσεις παρουσιάζονται στο ακόλουθο σχήμα: 62

64 Σχήμα 59: Πλαίσιο διαλόγου κατάστρωσης αγωνίσματος Single Lane Change. Με την προσομοίωση αυτή γίνεται αντιληπτό ποια ρύθμιση ή αλλιώς «setup», η οποία σχετίζεται με την γωνία camber και το σύστημα διεύθυνσης, βοηθά το μονοθέσιο να ανταποκριθεί καλύτερα σε μικρές (επαναλαμβανόμενες θεωρητικά) ακτίνες στροφής στο βέλτιστο χρόνο. 63

65 1.5) Συλλογή και ανάλυση δεδομένων για τη συμπεριφορά του μονοθεσίου για όλες τις πιθανές παραλλαγές των αναρτήσεων και του συστήματος διεύθυνσης. Ποσοτική και ποιοτική απεικόνιση αποτελεσμάτων ) Συλλογή και ανάλυση δεδομένων για τη συμπεριφορά του μονοθεσίου για όλες τις πιθανές παραλλαγές των αναρτήσεων και του συστήματος διεύθυνσης. Έχοντας συλλέξει όλα τα απαραίτητα δεδομένα για να δημιουργηθεί το μοντέλο του συνολικού μονοθεσίου της ΑΡΤ-7 και να μοντελοποιηθούν τα αγωνίσματα ενδιαφέροντος που προσομοιώνουν τα αγωνίσματα των αγώνων της FSAE στο λογισμικό MSC.Adams/Car, είναι κανείς σε θέση να πραγματοποιήσει μια σειρά από πολυάριθμες προσομοιώσεις όλων των πιθανών συνδυασμών ανάρτησης και συστήματος διεύθυνσης, έτσι ώστε να εξαχθεί κάποιο συμπέρασμα όσον αφορά το βέλτιστο «setup» του μονοθεσίου ΑΡΤ-7 για τα αγωνίσματα της FSAE. Το αποτέλεσμα αυτό όμως θα είναι σε θέση να χρησιμοποιηθεί και για μελλοντικά μονοθέσια τύπου FSAE που θα κατασκευάζονταν στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, καθώς ανταποκρίνεται στη γενικότερη γεωμετρία και στήσιμο ενός αγωνιστικού μονοθεσίου τύπου FSAE. Με λίγα λόγια, το βέλτιστο «setup» που θα προσδιοριστεί μέσω της ακόλουθης διαδικασίας, θα αποτελεί κάτι σαν οδηγό για τον σχεδιασμό των υπολοίπων μονοθεσίων τέτοιου τύπου για το αγώνισμα του «Skid Pad». Πραγματοποιήθηκαν επαναλαμβανόμενοι έλεγχοι, όπου κάποιοι παράγοντες άλλαζαν και κάποιοι έμεναν σταθεροί για να υπάρχει δυνατότητα σύγκρισης. Συγκεκριμένα εκτελέστηκαν αναλύσεις CCR και SLC, όπου εξεταζόταν ο συνδυασμός των εξής παραγόντων: Γωνία Camber των τροχών της μπροστινής ανάρτησης. Γωνία Camber των τροχών της πίσω ανάρτησης. Σύστημα διεύθυνσης Ο παράγοντας που επιλέχθηκε να παραμένει σταθερός κάθε φορά και να αλλάζει ο συνδυασμός των άλλων δύο ήταν η γωνία Camber των πίσω τροχών. Το μονοθέσιο έπρεπε να μελετηθεί όσον αφορά τη βέλτιστη συμπεριφορά που θα του έδινε το κάθε «setup» από τα παραπάνω, και θα του επέτρεπε να εκτελέσει χαμηλούς και ανταγωνιστικούς χρόνους στο διαγώνισμα του «Skid Pad» αλλά και να μπορεί να κινείται με ευελιξία και ταχύτητα στις μανούβρες του αγώνα αντοχής (endurance). Για να γίνει κάτι τέτοιο οργανωμένα και αντικειμενικά, θα έπρεπε να θεσπιστούν κάποια κριτήρια, τα οποία θα επέτρεπαν στο σχεδιαστή να βγάλει ασφαλή συμπεράσματα για την καταλληλότητα του setup στις δύο εντατικές καταστάσεις, του «Skid Pad» και του «σλάλομ» αντίστοιχα. Τα κριτήρια που αποφασίστηκε να ληφθούν υπόψιν είναι να εξής: 64

66 1 ο κριτήριο: Το μονοθέσιο θα πρέπει να εκτελεί ταχείς γύρους χωρίς να ρίξει ή να μετακινήσει ούτε έναν κώνο από την οριοθετημένη πορεία του αγωνίσματος «Skid Pad», που περιγράφτηκε άνωθεν. Επιπλέον θα πρέπει όπως είναι φυσικό να μην εκτελεί πορεία εκτός οριοθετημένης πίστας στο ίδιο αγώνισμα. Το διάγραμμα που θα ήταν εξυπηρετικό για να παρακολουθήσει κανείς αυτό το κριτήριο από την δυναμική ανάλυση του συνολικού μονοθεσίου θα ήταν ένα διάγραμμα που θα περιέγραφε την πορεία που ακολουθεί το μονοθέσιο στην πίστα, εάν ζητηθεί από τον χρήστη να εκτελέσει μια μανούβρα με συγκεκριμένη ταχύτητα επιτάχυνση και σε συγκεκριμένο χρόνο. Το ακόλουθο διάγραμμα κρίθηκε αντιπροσωπευτικό: Α 9,851 m Β Σχήμα 60: Ακτίνα τροχιάς του μονοθέσιου στους εξωτερικούς του τροχούς κατά τη διάρκεια του αγωνίσματος CRC. * Για τον υπολογισμό του ταχύτερου γύρου του μονοθέσιου και βάση της ακτίνας που υπάρχει σαν όριο για να κινηθεί το μονοθέσιο θέτει σαν όριο κανείς το σημείο Α. Στην περίπτωση αυτή στο σημείο Α βρίσκονται οι εξωτερικοί τροχοί του μονοθεσίου σε μικρή απόσταση ασφαλείας από τα 9.851m (~9.751m) έτσι ώστε το μονοθέσιο να μην ακουμπήσει κάποιο κώνο. Έπειτα υπολογίζεται ο χρόνος στον οποίο το μονοθέσιο βρέθηκε σε αυτήν την ακτίνα. (σημείο Β). * Αίσθηση μπορεί να προκαλέσει στον αναγνώστη η ασταθής συμπεριφορά του μονοθεσίου από την πορεία του κατά τα τελευταία πέντε δευτερόλεπτα της επίλυσης. Αυτό συμβαίνει επειδή πλέον το μονοθέσιο (όπως θα γίνει και σαφές σε ακόλουθο διάγραμμα που παρουσιάζεται), έχει χάσει την πρόσφυσή του με το οδόστρωμα και η δυναμική του συμπεριφορά είναι ασταθής. Ο εικονικός οδηγός κάνει προσπάθεια να επαναφέρει την πορεία του μονοθεσίου στην επιθυμητή πορεία και γι αυτό βλέπει κανείς την απότομη και συνεχή εναλλαγή της ακτίνας της ακολουθούμενης κυκλικής πορείας, δηλαδή η αριθμητική μέθοδος που ακολουθείται ουσιαστικά έχει σκοπό να συγκλίνει, αλλά η φόρτιση είναι πλέον μη ανεκτή από τη γεωμετρία του μονοθεσίου και συμβαίνει διακοπή της επίλυσης. Αυτή η ασταθής συμπεριφορά στο τέλος του 65

67 αγωνίσματος προς μελέτη είναι κάτι που θα είναι εμφανές σε καθένα από τα διαγράμματα αλλά αυτό είναι κάτι το αναμενόμενο και δεν θα πρέπει να προκαλέσει ανησυχία στον αναγνώστη. Εκτός όμως από το όριο που θέτεται όσον αφορά την ακολουθούμενη πορεία, υπάρχει και η μόνιμη απαίτηση σε ταχείς γύρους και ανταγωνιστικότητα. Γι αυτόν τον λόγο και πρέπει να έχει κανείς υπόψιν και την ταχύτητα στην οποία πραγματοποιείται αυτή η μανούβρα από το μονοθέσιο με το αντίστοιχο setup. Σε αυτό θα βοηθήσει το παρακάτω διάγραμμα από τη συνολική δυναμική ανάλυση του μονοθεσίου σε αγώνισμα CRC: Δ Σχήμα 61: Μεταβολή ταχύτητας κατά την διάρκεια του αγωνίσματος CRC. Για την εύρεση της ταχύτητας που έχει το μονοθέσιο όταν αυτό βρίσκεται στο όριο, χρησιμοποιείται ο χρόνος που σημειώθηκε στο διάγραμμα του σχήματος 54 και έτσι, αρχίζοντας από το σημείο Γ και μέσω της καμπύλης, καταλήγει κανείς στο σημείο Δ, που αποτελεί και ένδειξη της αντίστοιχης ταχύτητας. Αυτή η επιπλέον πληροφορία περί μέγιστης ταχύτητας θα αξιοποιηθεί για να βρεθεί ο χρόνος ανά γύρο που διανύει το μονοθέσιο στον χρονομετρημένο δεύτερο γύρο του αγωνίσματος του «SkidPad». Η διαδικασία θα αναπτυχθεί πιο συγκεκριμένα σε επόμενο κεφάλαιο της εργασίας όπου παρουσιάζονται αποτελέσματα της διαδικασίας με αριθμητικά δεδομένα. 2 ο κριτήριο: Ο οδηγός του μονοθεσίου θα πρέπει να μπορεί να εκτελέσει τη διαδρομή που του ζητείται από τους αγωνοδίκες με σχετική ευκολία, έτσι ώστε και η απόδοσή του να είναι όσο το δυνατόν υψηλή και το μονοθέσιο να αποδίδει στο μέγιστο. Η δυσκολία στο χειρισμό του τιμονιού, και συγκεκριμένα η μέγιστη ροπή που αναπτύσσεται στο τιμόνι κατά την καμπή θα πρέπει επομένως να είναι σε κάποια τιμή που δεν θα δυσκολεύει και δεν θα καταπονεί τον οδηγό. Γ 66

68 Το διάγραμμα που θα ήταν εξυπηρετικό να μελετηθεί για να οπτικοποιήσει την προσπάθεια του οδηγού για το χειρισμό του μονοθεσίου με το αντίστοιχο «setup» προς μελέτη είναι το ακόλουθο: Ζ Ε > Σχήμα 62: Ροπή που αναπτύσσεται στο τιμόνι του μονοθέσιου κατά τη διάρκεια ενός αγωνίσματος CRC. Μελετώντας την ίδια χρονική στιγμή που προέκυψε από την προηγούμενη ανάλυση (σημείο Ε), μπορεί να υπολογιστεί η ροπή που αναπτύσσεται στο τιμόνι και επομένως στα χέρια του οδηγού (σημείο Ζ). Αυτή η τιμή θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο μικρή για να αντιμετωπίζει ο οδηγός τη μανούβρα με ευκολία. Για να αποκτηθεί μια σφαιρική εικόνα περί της δυναμικής συμπεριφοράς του μονοθεσίου σε τέτοιου είδους εντατικές καταστάσεις αγώνα κρίθηκε σκόπιμο να μελετηθούν και κάποια επιπλέον διαγράμματα που θα υποδεικνύουν κάποια χαρακτηριστικά και εκτός των κριτηρίων που προαναφέρθηκαν, μα σημαντικά για την αξιολόγηση της γενικής συμπεριφοράς του μονοθεσίου κατά το αγώνισμα. Αυτά είναι τα ακόλουθα: Θ Η H Σχήμα 63: Γωνία στροφής τιμονιού που είναι αναγκαίες για να εκτελέσει ο εικονικός οδηγός το CRC. Στο σημείο Θ φαίνονται οι μοίρες του τιμονιού την συγκεκριμένη χρονική στιγμή (σημείο Η) που μελετάται. 67

69 Ι Κ Σχήμα 64: Πλευρική επιτάχυνση μονοθέσιου κατά τη διάρκεια του αγωνίσματος CRC. Στο σημείο Ι φαίνεται η πλευρική επιτάχυνση την χρονική στιγμή που μελετάται (σημείο Κ). Όσο πιο μεγάλη πλευρική επιτάχυνση μπορεί να δεχθεί ένα μονοθέσιο, για το ίδιο αγώνισμα, τόσο πιο ανταγωνιστικό μπορεί να είναι σε βέλτιστο χειρισμό του οδηγού σε αυτές τις συνθήκες. Βλέπει κανείς ότι στη συνθήκη, όπου το μονοθέσιο κινείται στο όριο της πίστας και με τη μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα, η πλευρική του επιτάχυνση είναι περίπου 1,2g s. Ο ανταγωνισμός στο αγώνισμα του «Skid Pad» στον αγώνα του Silverstone το 2008 ( Rennteam Stuttgart 1 η θέση με 5,22 sec/γύρο 1,3 g s πλευρικής επιτάχυνσης) είναι σε επίπεδα πολύ κοντά σε αυτά που μπορεί ως βέλτιστη απόδοση και με εικονικό οδηγό να επιτύχει το μονοθέσιο ΑΡΤ-7. Επιπλέον, στο παρακάτω διάγραμμα είναι ορατό το κάθετο φορτίο των ελαστικών κατά την διάρκεια του αγωνίσματος και φυσικά, αν την χρονική στιγμή της μέγιστης ταχύτητας, το μονοθέσιο έχει ικανή πρόσφυση ώστε οι τροχοί να παραμείνουν σε επαφή με το οδόστρωμα. Αυτή η λεπτομέρεια είναι εξαιρετικά σημαντικό για το σχεδιαστή των αναρτήσεων να μπορεί να την προβλέψει σε δυναμική κατάσταση και όχι μέσω απλής στατικής. Σε αυτό το γεγονός όμως (της ανασήκωσης του τροχού) μεγάλο ρόλο παίζει το ύψος του κέντρου βάρους και η σκληρότητα των αναρτήσεων ως μηχανισμός, οπότε το διαφορετικό setup επηρεάζει μεν αλλά όχι σε τόσο μεγάλο βαθμό την απόδοση σε αυτόν τον τομέα. 68

70 Σχήμα 65: Κάθετη φόρτιση ελαστικών κατά την διάρκεια του αγωνίσματος. Στο σημείο, όπου η πρόσφυση χάνεται, όπως είναι φανερό στον πίσω εσωτερικό τροχό (αριστερόστροφη καμπή και αριστερός τροχός), ότι μηδενίζεται η κάθετη δύναμη που δέχεται ο τροχός, άρα δεν υπάρχει πλέον επαφή με το έδαφος. Αυτό σαν γεγονός είναι μη επιθυμητό, ειδικά όταν συμβαίνει στον κινητήριο τροχό λόγω μειωμένης πρόσφυσης και άρα ταχύτητας και λειτουργεί αρνητικά στην περίπτωση που ανασηκώνεται μπροστινός τροχός λόγω μείωσης κατευθυντικότητας. 3 ο κριτήριο: Η ευελιξία σε συνδυασμό με την μικρή πιθανότητα ρίψης κώνου, κατά την διάρκεια αλλαγής κατεύθυνσης στο αγώνισμα της αντοχής με συγκεκριμένη ανταγωνιστική- ταχύτητα του μονοθέσιου και με προκαθορισμένη στροφή τιμονιού. Το διάγραμμα που θα ήταν εξυπηρετικό να μελετηθεί για να οπτικοποιηθεί η ευελιξία και εν τέλει η απόδοση του μονοθεσίου στο σλάλομ με το αντίστοιχο «setup» προς μελέτη είναι το ακόλουθο: Σχήμα 66: Διαδρομή μονοθέσιου κατά την αλλαγή πορείας (slalom) διάρκειας 0.8 sec. 69

71 4 ο κριτήριο: Ο οδηγός κατά την εκτέλεση της μανούβρας του «σλάλομ» θα πρέπει να μπορεί να εκτελέσει γρήγορες επαναφορές προς τη μία και την αντίθετη κατεύθυνση κατά την είσοδο και έξοδο από έναν κώνο αντίστοιχα. Το διάγραμμα που δείχνει στο χρήστη την ευκολία χειρισμού είναι όπως και σε προηγούμενη ανάλογη περίπτωση το ακόλουθο: Σχήμα 67: Αναπτυσσόμενη ροπή στο τιμόνι κατά την αλλαγή πορείας (σλάλομ) διάρκειας 0.8 sec. Μετράται κάθε φορά η μέγιστη τιμή της ροπής στο τιμόνι κατά τη διάρκεια αυτών των 0,8 sec, η οποία ως αριθμός είναι επιθυμητό να είναι η μικρότερη δυνατή. Για τις ίδιες αιτίες που προαναφέρθηκαν για την προσομοίωση του CRC, μελετήθηκαν και σε αυτό το σημείο και κάποια επιπλέον διαγράμματα που υποδεικνύουν κάποιες σημαντικές πληροφορίες για το αγώνισμα, πάλι ανεξάρτητα των κριτηρίων. Αυτά είναι τα ακόλουθα: Σχήμα 68: Μεταβολή της ταχύτητας κατά την αλλαγή πορείας (slalom) διάρκειας 0.8 sec. 70

72 Σχήμα 69: Πλευρική επιτάχυνση μονοθέσιου κατά την αλλαγή πορείας (slalom) διάρκειας 0.8 sec ) Ποσοτική απεικόνιση αποτελεσμάτων μοντελοποιήσεων για το αγώνισμα του CRC και SLC. Παρακάτω ακολουθούν οι πίνακες με τις βέλτιστες ρυθμίσεις του συστήματος ανάρτησης και διεύθυνσης για το αγώνισμα του Skidpad. Σε κάθε πίνακα φαίνεται η μέγιστη ταχύτητα που πιάνει το μονοθέσιο, η μέγιστη πλευρική επιτάχυνση, το πότε ο τροχός χάνει την πρόσφυση με το έδαφος και σε ποια πλευρική επιτάχυνση γίνεται αυτό. Επίσης, φαίνονται οι χρόνοι που κάνει το μονοθέσιο για ένα πλήρη κύκλο με την μέγιστη ικανή ταχύτητα και χωρίς να ρίξει κάποιο κώνο. Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ackermann Μέγιστη Ταχύτητα Μέγιστη Πλευρική Επιτάχυνση Αριστερός τροχός χωρίς πρόσφυση Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ικανή ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος χωρίς ρίψη κώνου 47,66 km/h at sec -1,67 g's at sec 38,36 sec and 4,67 sec at 9,935 42,3 42,2 km/h at km/h at -1,56 g's 9,668 9,851 radius m radius m radius m 5.12 sec 5,23 sec 71

73 Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ενδιάμεσο Μέγιστη Ταχύτητα Μέγιστη Πλευρική Επιτάχυνση Αριστερός τροχός χωρίς πρόσφυση Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ικανή ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος χωρίς ρίψη κώνου 45,3 km/h at sec -1,31 g's at sec 34,93 sec and sec at 12,431 41, km/h at km/h at 9,29 9,851 g's radius m radius m radius m 5.06 sec 5.68 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Παράλληλο Μέγιστη Ταχύτητα Μέγιστη Πλευρική Επιτάχυνση Αριστερός τροχός χωρίς πρόσφυση Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ικανή ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος χωρίς ρίψη κώνου 46,56 km/h at sec -1,47 g's at sec sec and 6.82 sec at km/h at km/h at -1,54 g's 9,241 9,843 radius m radius m radius m 5,052 sec 5,72 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ackermann Μέγιστη Ταχύτητα 47,78 km/h at 50,4 sec Μέγιστη Πλευρική -1,44 g's at 50,4 sec Επιτάχυνση Αριστερός τροχός χωρίς sec 36,41-1,529 g's πρόσφυση and Χρόνος αγωνίσματος με radius 8,78 sec at 18,725 μέγιστη ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος με radius 41,66 km/h at 9,553 μέγιστη ικανή ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος χωρίς radius 40,53 km/h at 9,851 ρίψη κώνου m 5,14 sec 5,45 sec 72

74 Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ενδιάμεσο Μέγιστη Ταχύτητα Μέγιστη Πλευρική Επιτάχυνση Αριστερός τροχός χωρίς πρόσφυση Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ικανή ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος χωρίς ρίψη κώνου km/h at 5053 sec g's at 50,53 sec sec and 5.91 sec at 12, km/h at km/h at -1,548 g's 9,784 9,851 radius m radius m radius m 5,105 sec 5,222 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Παράλληλο Μέγιστη Ταχύτητα 46 km/h at 46,68 sec Μέγιστη Πλευρική Επιτάχυνση g's at 46,68 sec Αριστερός τροχός χωρίς sec 35,69 πρόσφυση and -1,5288 g's Χρόνος αγωνίσματος με radius 21,42 sec at 44,516 μέγιστη ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος με radius 41,39 km/h at 9,377 μέγιστη ικανή ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος χωρίς radius 38,84 km/h at 9,851 ρίψη κώνου m 5,08 sec 5,18 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ackermann Μέγιστη Ταχύτητα 47,7 km/h at 52,69 sec Μέγιστη Πλευρική - g's at 52,69 sec Επιτάχυνση 1,49 Αριστερός τροχός χωρίς 38 sec and -1,52 g's πρόσφυση Χρόνος αγωνίσματος με radius 5,67 sec at 12,099 μέγιστη ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος με radius 42,2 km/h at 9,787 μέγιστη ικανή ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος χωρίς radius 42,1 km/h at 9,851 ρίψη κώνου m 5,19 sec 5,42 sec 73

75 Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ενδιάμεσο Μέγιστη Ταχύτητα Μέγιστη Πλευρική Επιτάχυνση Αριστερός τροχός χωρίς πρόσφυση Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος με μέγιστη ικανή ταχύτητα Χρόνος αγωνίσματος χωρίς ρίψη κώνου 47,97 km/h at 53,24 sec -1,50 g's at 53,24 sec 37,54 sec and 5,78 sec at 12,37 42,07 41,26 km/h at km/h at -1,52 g's 9,73 9,851 radius m radius m radius m 5,18 sec 5,35 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Παράλληλο Μέγιστη Ταχύτητα 47,79 km/h at 52,8 sec Μέγιστη Πλευρική -1,55 g's at 52,8 sec Επιτάχυνση Αριστερός τροχός χωρίς sec 38,48-1,53 g's πρόσφυση and Χρόνος αγωνίσματος με 5,48 sec at 11,69 radius μέγιστη ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος με radius 42,41 km/h at 9,857 μέγιστη ικανή ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος χωρίς radius 42,41 km/h at 9,851 ρίψη κώνου m 5,21 sec 5,2 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: 0 ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ackermann Μέγιστη Ταχύτητα 48,07 km/h at 53,68 sec Μέγιστη Πλευρική Επιτάχυνση -1,58 g's at 53,68 sec Αριστερός τροχός χωρίς πρόσφυση 37,79 sec and -1,51 g's Χρόνος αγωνίσματος με radius 5 sec at 12 μέγιστη ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος με radius 42,16 km/h at 9,799 μέγιστη ικανή ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος χωρίς radius 42,17 km/h at 9,851 ρίψη κώνου m 5,2 sec 5,2 sec 74

76 Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: 0 ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ενδιάμεσο Μέγιστη Ταχύτητα 48,51 km/h at 54,98 sec Μέγιστη Πλευρική Επιτάχυνση -1,61 g's at 54,98 sec Αριστερός τροχός χωρίς πρόσφυση 37,25 sec and -1,51 g's Χρόνος αγωνίσματος με radius 5,37 sec at 12 μέγιστη ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος με radius 41,97 km/h at 9,72 μέγιστη ικανή ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος χωρίς ρίψη κώνου 41,3 km/h at 9,851 radius m 5,2 sec 5,7 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Παράλληλο Μέγιστη Ταχύτητα 48,23 km/h at 54,14 sec Μέγιστη Πλευρική -1,62 g's at 54,14 sec Επιτάχυνση Αριστερός τροχός χωρίς sec 5,32-1,51 g's πρόσφυση and Χρόνος αγωνίσματος με radius 41,81 sec at 11,46 μέγιστη ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος με radius 40,71 km/h at 0,639 μέγιστη ικανή ταχύτητα m Χρόνος αγωνίσματος χωρίς radius 38,3 km/h at 9,851 ρίψη κώνου m 5,2 sec 5,4 sec Παρακάτω ακολουθεί ο πίνακας με την ελάχιστη, για κάθε ρύθμιση στην πίσω ανάρτηση, ροπή που αναπτύσσεται στο τιμόνι σε σχέση με την ρύθμιση της μπροστά ανάρτησης και του συστήματος διεύθυνσης. Rear c1 Rear c2 Rear c3 Rear c4 c1k1 7340, ,2 7401, ,003 Nmm c2k , , , ,05 Nmm c1k3 6755,1 6842, ,8 6464,01 Nmm Η βέλτιστη τιμή 6213,8 Nmm προκύπτει όταν στην πίσω ανάρτηση υπάρχει -1,45 ο (C3) Camber, μπροστά ο (C1) Camber και το σύστημα διεύθυνσης είναι παράλληλο. - 75

77 Παρακάτω ακολουθούν οι πίνακες με τις βέλτιστες ρυθμίσεις του συστήματος ανάρτησης και διεύθυνσης για το αγώνισμα του Single Lane Change. Στις επιλύσεις έχοντας σταθερή γωνία Camber πίσω και αλλάζοντας σύστημα διεύθυνσης προκύπτει η καλύτερη ρύθμιση της ανάρτησης στο μπροστά μέρος του αυτοκινήτου. Παρακάτω φαίνεται ότι για γωνία Camber πίσω ίση με ο και σύστημα διεύθυνσης Ackermann προκύπτει γωνία Camber μπροστά ίση με ο έτσι ώστε το μονοθέσιο να είναι ταχύτερο. Στον επόμενο πίνακα αντίστοιχα προκύπτει ότι για γωνία Camber πίσω ίση με ο και σύστημα διεύθυνσης ενδιάμεσο προκύπτει γωνία Camber μπροστά ίση με ο έτσι ώστε το μονοθέσιο να είναι ταχύτερο. Όλες οι πιθανές ρυθμίσεις μοντελοποιήθηκαν και «λύθηκαν» ώστε να προκύψει η βέλτιστη. Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ackermann Μέγιστη ταχύτητα 38,9251 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8212 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,807 m 0,807 sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,769 m 0,039 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ενδιάμεσο Μέγιστη ταχύτητα 38,949 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8156 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 8,031 m 1,031 sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,761 m 0,031 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Παράλληλο Μέγιστη ταχύτητα 38,9631 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,7919 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,705 m sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,736 m 0,006 sec 76

78 Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ackermann Μέγιστη ταχύτητα 38,9359 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8551 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,696 m sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,79 m 0,06 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ενδιάμεσο Μέγιστη ταχύτητα 38,9636 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8011 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,814 m sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,737 m 0,007 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Παράλληλο Μέγιστη ταχύτητα 38,9809 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,7995 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,796 m sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,733 m 0,003 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ackermann Μέγιστη ταχύτητα 38,9522 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8491 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,81 m 0.81 sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,772 m 0,042 sec 77

79 Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Ενδιάμεσο Μέγιστη ταχύτητα 38,98 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8068 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,598 m sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,731 m 0,001 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: ο Σύστημα Διεύθυνσης: Παράλληλο Μέγιστη ταχύτητα 38,9943 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8064 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,93 m 0.93 sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,728 m 0,002 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: 0 Σύστημα Διεύθυνσης: Ackermann Μέγιστη ταχύτητα 38,9678 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8189 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,487 m sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,737 m 0,007 sec Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: 0 Σύστημα Διεύθυνσης: Ενδιάμεσο Μέγιστη ταχύτητα 38,984 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8264 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,489 m sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,739 m 0,009 sec 78

80 Camber Μπροστά: ο Camber Πίσω: 0 Σύστημα Διεύθυνσης: Παράλληλο Μέγιστη ταχύτητα 38,9996 km/h at 1.8 sec Μέγιστη Πλευρική 0,8146 g's Επιτάχυνση Διαμήκης Μετατόπιση 7,602 m sec Εγκάρσια Μετατόπιση 0,731 m 0,001 sec Παρακάτω ακολουθεί ο πίνακας με την ελάχιστη, για κάθε ρύθμιση στην πίσω ανάρτηση, ροπή που αναπτύσσεται στο τιμόνι σε σχέση με την ρύθμιση της μπροστά ανάρτησης και του συστήματος διεύθυνσης κατά την διάρκεια της αλλαγής λωρίδας του μονοθέσιου. Παρατηρείται ότι το τιμόνι αναπτύσσει μικρότερη ροπή όταν το σύστημα διεύθυνσης είναι Ackermann. Rear c1 Rear c2 Rear c3 Rear c4 c1k Nmm c1k Nmm c1k Nmm 79

81 1.5.3) Ποιοτικά διαγράμματα συνολικής παρουσίασης αποτελεσμάτων μοντελοποιήσεων αγωνίσματος CRC. Στο κάθε ραβδόγραμμα παρουσιάζονται για ένα σύστημα διεύθυνσης και συγκεκριμένη γωνία Camber της πίσω ανάρτησης κάθε φορά, τα αποτελέσματα χρόνου ανά γύρο «Skid Pad» για κάθε επιλογή μπροστινής γωνίας Camber. 80

82 81

83 82

84 1.5.4) Ποιοτικά διαγράμματα συνολικής παρουσίασης αποτελεσμάτων μοντελοποιήσεων αγωνίσματος SLC. Στο κάθε ραβδόγραμμα παρουσιάζονται για ένα σύστημα διεύθυνσης και συγκεκριμένη γωνία Camber της πίσω ανάρτησης κάθε φορά, τα αποτελέσματα χρόνου ανά γύρο «Skid Pad» για κάθε επιλογή μπροστινής γωνίας Camber ` 83

85 84

86 85

87 1.6) Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού γωνιών Camber και συστήματος διεύθυνσης για τα αγωνίσματα ενδιαφέροντος, βασιζόμενη στις παραπάνω μοντελοποιήσεις. Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού «antifeatures» για το βέλτιστο «setup» που προέκυψε βασιζόμενοι στο αγώνισμα του CRC ) Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού γωνιών Camber και συστήματος διεύθυνσης για τα αγωνίσματα ενδιαφέροντος, βασιζόμενη στις παραπάνω μοντελοποιήσεις. Λαμβάνοντας τα παραπάνω ποιοτικά ραβδογράμματα υπόψιν μπορεί κανείς να εξάγει συμπέρασμα περί του βέλτιστου «setup», όσον αφορά τις γωνίες Camber για τα δύο διαγωνίσματα του CRC και του SLC και επιπλέον για το σύστημα διεύθυνσης που οδηγεί το μονοθέσιο σε γρηγορότερους χρόνους. Με βάση λοιπόν το κριτήριο της ταχύτητας και μόνο στις δύο αυτές εντατικές καταστάσεις, μπορεί κανείς να κρίνει ότι το βέλτιστο «setup» ανάλογα το αγώνισμα είναι τα εξής ακόλουθα: Βέλτιστο «setup» όσον αφορά τις γωνίες Camber στους δύο άξονες και το σύστημα διεύθυνσης στο διαγώνισμα του CRC, και ουσιαστικά στο μοντελοποιημένο αγώνισμα του «Skid Pad»: C4K3C1 και συγκεκριμένα Μπροστινή Ανάρτηση ΑΡΤ-7 Camber Γωνία : -0,23 ο Πίσω Ανάρτηση ΑΡΤ-7 Camber Γωνία : -4,14 ο Σύστημα Διεύθυνσης ΑΡΤ-7 : Παράλληλο

88 Βέλτιστο «setup» όσον αφορά τις γωνίες Camber στους δύο άξονες και το σύστημα διεύθυνσης στο διαγώνισμα του SLC, και ουσιαστικά στο μοντελοποιημένη εντατική κατάσταση του «Slalom»: C3K3C4 και συγκεκριμένα Μπροστινή Ανάρτηση ΑΡΤ-7 Camber Γωνία : -1,54 ο Πίσω Ανάρτηση ΑΡΤ-7 Camber Γωνία : -0,23 ο Σύστημα Διεύθυνσης ΑΡΤ-7 : Παράλληλο Όπως παρατηρείται για τα δύο μοντελοποιημένα αγωνίσματα προέκυψαν δύο διαφορετικά «setup» όσον αφορά τις γωνίες Camber των τροχών, κάτι που είναι γενικά αναμενόμενο καθότι πρόκειται για δύο εντελώς διαφορετικές εντατικές καταστάσεις, ωστόσο το σύστημα διεύθυνσης που προκύπτει το ταχύτερο και στις δύο περιπτώσεις είναι το Παράλληλο Σύστημα Διεύθυνσης. Πρέπει να σημειωθεί σε αυτό το σημείο το εξής σημαντικό γεγονός, όσον αφορά το συλλογισμό. Σε αυτό το αποτέλεσμα οδηγείται κανείς εάν λάβει υπόψιν του ότι αυτό που είναι επιθυμητό σε αυτήν την περίπτωση είναι οι γρήγοροι χρόνοι και όχι η διευκόλυνση του οδηγού. Επειδή τα δύο αυτά κριτήρια αντιλαμβάνεται κανείς από τα άνωθεν αποτελέσματα ότι είναι γενικά αντικρουόμενα, πρέπει σε αυτό το σημείο ο σχεδιαστής να λάβει μια απόφαση όσον αφορά τον στόχο που έχει στην πραγματικότητα. Εφόσον σχεδιάζεται αγωνιστικό όχημα και όχι συμβατικό επιβατικό, κυρίαρχος στόχος είναι η απόδοση και οι βέλτιστοι χρόνοι και όχι η άνεση του οδηγού. Για αυτόν τον λόγο και σαν προϋπόθεση λαμβάνεται στην επιλογή του βέλτιστου συστήματος διεύθυνσης ο ταχύτερος χρόνος και όχι η μικρότερη ασκούμενη ροπή στο τιμόνι. Ωστόσο θα πρέπει κάθε φορά να εξετάζεται και η ροπή που ασκείται στο τιμόνι για να μην οδηγηθεί ο σχεδιαστής σε ακραίες τιμές μέσω ενός γρήγορου «setup». 87

89 1.6.2) Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού «anti-features» για το βέλτιστο «setup» που προέκυψε βασιζόμενοι στο αγώνισμα του CRC. Ποσοτικά και ποιοτικά αποτελέσματα των διαφόρων «setup» των ποσοστών «antifeatures» )Εκλογή βέλτιστου συνδυασμού «anti-features» για το βέλτιστο «setup» που προέκυψε βασιζόμενοι στο αγώνισμα του CRC Το μονοθέσιο της ΑΡΤ-7, εφόσον υπήρξε το πρώτο αγωνιστικό μονοθέσιο που κατασκευάστηκε για πρωταθλήματα τύπου FSAE ήταν προορισμένο να λειτουργεί σαν μελλοντικό «εργαστήριο», για τις ομάδες φοιτητών που θα ακολουθούσαν τον δρόμο της ΑΡΤ-7 και θα κατασκεύαζαν από την αρχή το δικό τους όχημα. Για αυτόν το λόγο, όπως έχει προαναφερθεί, επιλέχθηκε να μπορεί το όχημα της ΑΡΤ-7 να υιοθετήσει διάφορες γωνίες Camber, ως είθισται στα αγωνιστικά μονοθέσια οχήματα, αλλά επιπλέον διαφορετικά συστήματα διεύθυνσης και ποσοστά των λεγόμενων «anti-features», τα οποία υποδηλώνουν το ποσοστό βύθισης του οχήματος περί του άξονα πρόνευσής του στον μπροστινό («anti-dive») και στον οπίσθιο άξονα («anti-squat») αντίστοιχα. Το μέγεθος αυτό είναι ικανό να δώσει στον οδηγό του οχήματος την αίσθηση του μεγέθους της διαμήκους επιτάχυνσης ή επιβράδυνσης και για αυτόν τον λόγο δεν θα πρέπει να εξαλείφεται πλήρως. Εφόσον έχουν καθοριστεί τα μεγέθη που λειτουργούν ως βέλτιστοι συνδυασμοί γωνιών Camber και συστήματος διεύθυνσης, κρίθηκε σκόπιμο από τους διάφορους συνδυασμούς «anti-features», που έχει να προσφέρει στους δύο άξονες αυτό το όχημα, να προσδιοριστούν και εδώ ο κατάλληλος συνδυασμός του «antidive» και «anti-squat» αντίστοιχα που θα συνεργάζονται όμως με το βέλτιστο setup του μονοθεσίου της ΑΡΤ-7 που προαναφέρθηκε. Η διαδικασία μοντελοποίησης πραγματοποιήθηκε αυτήν τη φορά μόνο για το αγώνισμα του CRC, διότι σκοπός ήταν να εξαχθεί μία πρώτη εντύπωση για την επιρροή αυτών των μεγεθών σε μια ελαφρά επιταχυνόμενη εντατική κατάσταση και όχι να εξαχθούν ασφαλή και μόνιμα συμπεράσματα για το μέγεθος αυτών των δύο χαρακτηριστικών στο σύνολο του αγώνα της FSAE. Η μοντελοποίηση έγινε για κάθε πιθανό «setup» από «anti-features» στους δύο άξονες και τα διαγράμματα που είναι εξυπηρετικά για την εξαγωγή του αποτελέσματος όσον αφορά τον γρηγορότερο γύρο είναι τα ίδια με αυτά που χρησιμοποιήθηκαν για το αγώνισμα του CRC και την εξαγωγή αποτελεσμάτων βέλτιστου «setup» γωνιών Camber και συστήματος διεύθυνσης, και συγκεκριμένα τα διαγράμματα των Σχημάτων 60 και

90 ) Ποσοτικά αποτελέσματα των διαφόρων «setup» των ποσοστών «antifeatures». Παρακάτω ακολουθούν οι πίνακες με τις διάφορες ρυθμίσεις όσο αναφορά τα «anti-features» του συστήματος ανάρτησης για το αγώνισμα του «Skidpad» (μοντέλο CRC). Οι ρυθμίσεις απευθύνονται στο βέλτιστο «setup» του C4K3C1. Anti-Squad πίσω άξονα: 30% Γωνία Camber πίσω άξονα: ο Front Anti-Dive (%) Km/h Radius(m) Lap Time(sec) at at at at Anti-Squad πίσω άξονα: 53.5% Γωνία Camber πίσω άξονα: ο Front Anti-Dive (%) Km/h Radius(m) Lap Time(sec) at at at at Anti-Squad πίσω άξονα: 78% Γωνία Camber πίσω άξονα: ο Front Anti-Dive (%) Km/h Radius(m) Lap Time(sec) at at at at Anti-Squad πίσω άξονα: 100% Γωνία Camber πίσω άξονα: ο Front Anti-Dive (%) Km/h Radius(m) Lap Time(sec) at at at at

91 ) Ποιοτικά ραβδογράμματα των διαφόρων «setup» των ποσοστών «antifeatures». 30% Anti-Squat 84%AD 60%AD 40%AD 20%AD 6,06 5,97 5,88 5, % Anti-Squat 84%AD 60%AD 40%AD 20%AD 6,05 5,94 5,85 5,40 78% Anti-Squat 84%AD 60%AD 40%AD 20%AD 5,46 5,47 5,41 5,38 100% Anti-Squat 84%AD 60%AD 40%AD 20%AD 6,01 5,24 5,39 5,05 90

92 Από τα παραπάνω ραβδογράμματα είναι εύκολα αντιληπτό ότι τον μικρότερο χρόνο σε έναν χρονομετρημένο γύρο του μοντελοποιημένου αγωνίσματος του «Skid Pad» τον εκτελεί ένα μονοθέσιο, όπου έχει το ακόλουθο «setup» όσον αφορά τα ποσοστά των «anti-features» του: 100% anti- Squat, δηλαδή βύθιση της πίσω ανάρτησης ως προς τον άξονα πρόνευσης 20% anti- Dive, δηλαδή βύθιση της μπροστινής ανάρτησης ως προς τον άξονα πρόνευσης 1.7) Συσχέτιση των αποτελεσμάτων με την πραγματικότητα μέσω δοκιμών της συμπεριφοράς των πιθανών setup σε πίστα με οδόστρωμα παρόμοιο με το εικονικό οδόστρωμα του μοντέλου (ιδανικό οδόστρωμα διαδρόμου αεροδρομίου που προσφέρει υψηλή πρόσφυση, ανάλογη με μια αγωνιστική πίστα) και σε φυσιολογικές συνθήκες περιβάλλοντος. Όταν η ομάδα τελείωσε με την προσομοίωση και κατέληξε στις βέλτιστες για το αμάξι και τον οδηγό ρυθμίσεις, έπρεπε, για να ολοκληρωθεί η διαδικασία ελέγχου, να δοκιμάσει το μονοθέσιο στην πίστα, με τις βέλτιστες ρυθμίσεις του λογισμικού για να δει αν όντως αυτές ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα. Η ομάδα δοκίμασε το μονοθέσιο στα αγωνίσματα που θα έπαιρνε μέρος το μονοθέσιο, στο skidpad, την επιτάχυνση, το σλάλομ που ήταν τα αγωνίσματα που έδωσε παραπάνω βάση η ομάδα ώστε να κερδίσει πόντους καθώς και σε δοκιμές τεχνικού ελέγχου και αξιοπιστίας όπως το φρενάρισμα σε προκαθορισμένο χώρο. Ο κοινώς αποδεκτός τρόπος αξιολόγησης ενός εικονικού μοντέλου είναι σαφώς ο πειραματικός με τη βοήθεια κατάλληλης μετρητικής διάταξης, έτσι ώστε να κρίνει κανείς εάν το μοντέλο του αντικειμένου προς μελέτη συνάδει με την πραγματικότητα. Το πείραμα που πρέπει να λάβει χώρα είναι ουσιαστικά η απεικόνιση του μοντέλου σε ρεαλιστικές συνθήκες. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η πραγματοποίηση των αγωνισμάτων που μοντελοποιούνται στο λογισμικό MSC.Adams/Car όπως το Skid Pad και ένα σλάλομ, έτσι ώστε να αξιολογηθεί αποκλειστικά το μοντέλο και όχι η επίδοση του οχήματος σαν σύνολο. Όσον αφορά λοιπόν την αξιολόγηση του μοντέλου κρίθηκε σκόπιμο να δοκιμαστεί σε ένα αγώνισμα και εφόσον βρίσκεται κοντά στην πραγματικότητα σε εκείνο το αγώνισμα, θα βρίσκεται και στα υπόλοιπα καθότι το μοντέλο θα κριθεί επιτυχές. Για την απολύτως σωστή και ανεξάρτητη του ανθρώπινου παράγοντα διεκπεραίωση της πειραματικής διαδικασίας απαραίτητη είναι η προμήθεια ειδικού μετρητικού πακέτου ελεγκτών αυτομάτου ελέγχου και επιταχυσιομέτρων, οι οποίοι θα εφαρμοστούν στο όχημα, θα συνδέονται άμεσα μέσω ασύρματης δικτύωσης ή έμμεσα μέσω συλλέκτη δεδομένων και flash-drive με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Τα δεδομένα που μετρώνται κατά κύριο λόγο σε τέτοιες περιπτώσεις είναι η βράχυνση και επιμήκυνση των αμορτισέρ, η ταχύτητα του μονοθεσίου μέσω αισθητήρων στο οδόστρωμα και αισθητή στο όχημα καθώς και επιταχυσιομέτρων και γωνιομέτρων 91

93 στους τροχούς για την παρατήρηση της πορείας του τροχού. Το σετ αυτό διατίθεται προς πώληση σαν ολοκληρωμένο μετρητικό πακέτο εξειδικευμένο ακόμα και για FSAE ομάδες. Ωστόσο σαν διάταξη απαιτεί κάποιο κεφάλαιο που η ομάδα το χρονικό διάστημα που επιβαλλόταν να γίνουν αυτές οι δοκιμές δεν ήταν δυνατό να διαθέσει, καθώς προείχε η αγορά άλλου εξοπλισμού του οχήματος, έτσι ώστε να προχωρήσει η συνολική κατασκευή με πιο γοργούς ρυθμούς. Μια κάποια αξιολόγηση του μοντέλου, εφόσον υπήρχε η επιθυμία να αξιοποιηθούν τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης στον μελλοντικό σχεδιασμό του ΑΡΤ-9 ήταν απαραίτητη με όσα μέσα ήταν διαθέσιμα. Έχοντας αυτά τα δεδομένα, η ομάδα προσπάθησε αρχικά να αναπαραστήσει όσο το δυνατόν με πιο ακριβή τρόπο το αγώνισμα και το μοντέλο αυτό καθεαυτό. Συγκεκριμένα αναζητήθηκε διαθέσιμος χώρος, όπου το οδόστρωμα να είναι σε εξαιρετική κατάσταση και να είναι κοντά στην άριστη ποιότητα ενός δυσδιάστατου επίπεδου οδοστρώματος που χρησιμοποιήθηκε σαν property file στη μοντελοποίηση, λόγω της αντίστοιχης άριστης ποιότητας του οδοστρώματος που διαθέτουν οι πίστες που θα διεξάγονταν οι αγώνες FSAE. Ο χώρος που τελικά προτιμήθηκε βρίσκεται στο πολιτικό αεροδρόμιο της αερολέσχης Πολυκάστρου στο νομό Κιλκίς. Διαλέχτηκε επιπλέον ο πιο έμπειρος και αποτελεσματικός όσον αφορά τους χρόνους από τους διαθέσιμους οδηγούς της ομάδας για την πραγματοποίηση της δοκιμασίας. Αυτό ήταν απαραίτητο, έτσι ώστε να προσομοιωθεί όσο το δυνατόν ο ιδανικός οδηγός του λογισμικού με έναν ρεαλιστικό μεν βέλτιστο δε οδηγό. Σε επόμενη φάση χαράχτηκε η ακριβής διαδρομή του αγωνίσματος του Skid Pad στην πίστα με την τοποθέτηση κώνων στις επιβαλλόμενες αποστάσεις. Αφού ολοκληρώθηκε η χάραξη της πίστας, η ομάδα με τον καλύτερο οδηγό της, ξεκίνησε τις δοκιμές στο αγώνισμα του skidpad. Στο μονοθέσιο έγιναν ο βέλτιστος και ο χείριστος για κάθε σύστημα διεύθυνσης συνδυασμός όσον αφορά τον μοντελοποιημένο χρόνο ανά γύρο ώστε να μπορέσει η ομάδα να βγάλει συμπεράσματα έστω και ποιοτικά για την συμπεριφορά του μονοθέσιου. Έχοντας πλέον δεδομένα για αυτές τις ρυθμίσεις και τις επιδόσεις αυτών, η ομάδα μπορούσε να ταξινομήσει τα αποτελέσματα για την κάθε ρύθμιση του μονοθέσιου. Μετά την ταξινόμηση των χρόνων έγινε η ποιοτική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και η σειρά κατάταξής τους ήταν η αναμενόμενη και αυτή που περίμενε η ομάδα. Επίσης, η αίσθηση του οδηγού για το πώς νιώθει το μονοθέσιο και για το αν το τιμόνι τον δυσκολεύει λιγότερο ή περισσότερο σε κάθε ρύθμιση, επιβεβαίωσε τα αποτελέσματα του λογισμικού. Επίσης, εδώ πρέπει να αναφερθεί ότι στόχος της ομάδας δεν ήταν η ποσοτική αξιολόγηση του μονοθέσιου στην πίστα, αλλά η ποιοτική αν λάβουμε υπόψη ότι στο λογισμικό υπάρχει ένας τέλειος οδηγός και ένα τέλειο οδόστρωμα. Σ αυτό το σημείο, με τα μέσα που είχε στην κατοχή της η ομάδα, κατέληξε σε ένα ικανοποιητικά καλό αποτέλεσμα και εξακρίβωσε ότι το μοντέλο στο λογισμικό είναι αρκετά αξιόπιστο και μπορούν οι επόμενες ομάδες να το εμπιστευτούν, πράγμα που θα γλυτώσει πάρα πολύ χρόνο σε αντίθεση με τις πραγματικές δοκιμές στην πίστα. 92

94 Παρ όλα αυτά, οι επόμενες ομάδες θα ήταν καλό να προμηθευτούν εξοπλισμό κατάλληλο για μετρήσεις στην πίστα για πιο γρήγορη και αποτελεσματική μέτρηση χρόνων, δυνάμεων που ασκούνται στο μονοθέσιο κ.τ.λ. Παρακάτω ακολουθεί μια φωτογραφία από τις δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στην πίστα.. 93

95 ΜΕΡΟΣ 2 Ο ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΟΝΟΘΕΣΙΟΥ ΑΓΩΝΙΣΤΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΑΡΤ-9. 94

96 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Έπειτα από μια σχετικά μακροχρόνια περίοδο περίπου έξι μηνών το πρώτο μέρος της διπλωματικής αυτής εργασίας έφτασε στο τέλος του. Η σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων ήταν πλέον σε θέση να κατανοεί τους μηχανισμούς λειτουργίας και την κινηματική μιας ανάρτησης διπλών ψαλιδιών, όσο και ενός συστήματος διεύθυνσης. Επιπλέον και τα υπόλοιπα μέλη της ΑΡΤ-9 τον Μάρτιο του 2009 είχαν ολοκληρώσει τη μελέτη του πρωτοεμφανιζόμενου μονοθεσίου της ΑΡΤ-7 και βρίσκονταν και εκείνα σε θέση να ξεκινήσουν τον σχεδιασμό του καινούριου αγωνιστικού μονοθεσίου οχήματος του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Έτσι και έγινε, η ομάδα της ΑΡΤ-9 ξεκίνησε το σχεδιασμό ενός νέου οχήματος, βασιζόμενη στην σχεδιαστική και κατασκευαστική εμπειρία καθώς και στις πρωτοποριακές ιδέες του προκατόχου του και με σκοπό την εξέλιξη του οχήματος ΑΡΤ-7 σε μια πιο ανταγωνιστική εκδοχή. Αυτή τη χρονιά η ομάδα της ΑΡΤ-9 αποφάσισε να λειτουργήσει με έναν διαφορετικό τρόπο από την προκάτοχο της. Ένας καθοριστικός παράγοντας που συνέβαλλε σε αυτό ήταν το γεγονός ότι δεν υφίστατο το πρόβλημα της πίεσης χρόνου. Σαν αρχικός στόχος ολοκλήρωσης του εγχειρήματος τέθηκε από το ξεκίνημα των εργασιών τα δύο έτη σχεδιασμού και κατασκευής (Οκτώβρης 2008-Σεπτέμβριος 2010) και ένας χρόνος δοκιμών (Νοέμβριος 2010-Ιούλιος 2011) και όχι ένα έτος όπως στην ΑΡΤ-7 (διάρκεια εργασιών ). Με αυτόν τον τρόπο υπήρξε περισσότερος χρόνος για τις απαραίτητες δοκιμές, ειδικά για τον δεύτερο αγώνα που συμμετείχε το όχημα, αλλά και για την μοντελοποίηση διαφόρων σημαντικών τμημάτων, όπως το σύστημα αναρτήσεων και διεύθυνσης καθώς και το σύστημα εισαγωγής αέρα, ψύξης, η εργονομία της θέσης του οδηγού κλπ., κάτι που στην προηγούμενη ομάδα δεν ήταν χρονικά εφικτό και πολλά τμήματα του οχήματος σχεδιάστηκαν με βάση την εμπειρία του διδακτικού προσωπικού και την ειδική βιβλιογραφία. Παρ όλ αυτά το μονοθέσιο ΑΡΤ-7 έχει, όσον αφορά τον τομέα των αναρτήσεων και ιδιαίτερα του συστήματος διεύθυνσής του, αρκετά καινοτόμα και σχεδιαστικά ενδιαφέροντα στοιχεία (πχ. πολλαπλό σύστημα διεύθυνσης), τα οποία όμως δυστυχώς δεν υπήρξε ευκαιρία να δοκιμαστούν επαρκώς και να αξιολογηθεί η επίδοσή τους στα αγωνίσματα της FSAE. Αυτή ακριβώς ήταν και η πρώτη εργασία της ομάδας της ΑΡΤ-9, να μοντελοποιήσει και να δοκιμάσει επί του πρακτέου στην πίστα τις διάφορες επιλογές «στησίματος» που είχε να δώσει στον οδηγό το αυτοκίνητο. Αυτό το κομμάτι εργασιών περιγράφηκε πλήρως, όσον αφορά τον τομέα των αναρτήσεων, στο πρώτο μέρος. Στη δεύτερη αυτή φάση πλέον η σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων είχε υπόψιν της τα εξής βασικά σημεία-στόχους για τη σχεδιαστική πορεία του νέου μονοθεσίου: Να αναγνωριστούν τα καινοτόμα στοιχεία του πρώτου μονοθεσίου, και να διατηρηθούν ως έχει εφόσον αυτό κρινόταν σκόπιμο, να εξελιχθούν ή να καταργηθούν εάν έρχονταν σε αντίθεση με τη συνολική σχεδιαστική φιλοσοφία (πχ. μείωση συνολικού βάρους). 95

97 Να αναγνωριστούν τα σχεδιαστικά μειονεκτήματα του πρώτου μονοθεσίου και να γίνει προσπάθεια εξάλειψής τους, όσο αυτό είναι δυνατό για τα διαθέσιμα μέσα της ομάδας. Το μονοθέσιο όχημα ΑΡΤ-9 αποτελεί το δεύτερο όχημα του πανεπιστημίου. Με δεδομένη πλέον κάποια εμπειρία δύο αγώνων FSAE, θα πρέπει να αποκτήσει πιο ανταγωνιστικό χαρακτήρα και ο στόχος για την συνολική επίδοση είναι πιο υψηλός από αυτόν του πρώτης προσπάθειας (τελική κατάταξη μέσα στην συνολική δεκαπεντάδα του αγώνα). Ο τρόπος σχεδιασμού θα πρέπει να έχει ως στόχο την βέλτιστη δυνατή επίδοση και όχι να δημιουργηθεί ένα πειραματικό όχημα που να έχει το ρόλο εργαστηρίου. Εφόσον πρόκειται για φοιτητική ομάδα και όχι επαγγελματική, συχνά προκύπτουν εμπόδια στον σχεδιασμό και την κατασκευή, τα οποία ως αποτέλεσμα έχουν να καθυστερήσει η σχεδιαστική και κατασκευαστική πρόοδος του οχήματος. Αυτό οδηγεί αναπόφευκτα στην σημαντική μείωση της προγραμματισμένης περιόδου δοκιμών, κάτι που θα μπορούσε να έχει και καταστροφικά αποτελέσματα για το τελικό αποτέλεσμα της αγωνιστικής δραστηριότητας. Για αυτόν το λόγο και κρίθηκε απαραίτητο στη δεύτερη ομάδα να γίνει προσομοίωση της συνολικής συμπεριφοράς του οχήματος σε δρόμο για να έχει μια πρώτη εικόνα η ομάδα για το βέλτιστο «setup» που θα πρέπει να ακολουθηθεί σε κάποια αγωνίσματα του πρωταθλήματος, πχ το «Skid Pad» αν τελικά δεν προλάβει να κάνει αρκετές δοκιμές. Προκειμένου να πετύχει η ομάδα τους στόχους που έθεσε, μοντελοποίησε το πρώτο μονοθέσιο με την χρήση του λογισμικού της Msc.Adams/car v2005.r2. Με την ανάλυση των αποτελεσμάτων η ομάδα ήταν σε θέση: Να γνωρίζει την λειτουργία και το λόγο που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε μ αυτόν τον τρόπο το σύστημα της ανάρτησης και το σύστημα διεύθυνσης. Τα πιθανά κολλήματα στον σχεδιασμό και τον τρόπο που αυτά ξεπεράστηκαν. Να συλλέξει δεδομένα από την συμπεριφορά και την απόδοση των ελαστικών για τις επιδόσεις του μονοθέσιου στα αγωνίσματα. Να εξάγει συμπέρασμα για τις βέλτιστες ρυθμίσεις του μονοθέσιου στα αγωνίσματα ενδιαφέροντος και για το ποιες θα πρέπει να παραμείνουν ή να καταργηθούν στο καινούργιο μονοθέσιο. Η φιλοσοφία σχεδίασης του καινούργιου μονοθέσιου άλλαξε καθώς η εμπειρία που απέκτησε η ομάδα μέσω της συμμετοχής στους αγώνες με το πρώτο μονοθέσιο οδήγησε στα εξής συμπεράσματα: Στόχος ήταν η κατασκευή ενός μονοθέσιου το οποίο θα είναι ευέλικτο σε κλειστές και απότομες στροφές καθώς οι μεγάλες ευθείες και τα «ανοίγματα» στον αγώνα είναι περιορισμένα 96

98 Η πληθώρα μεταβαλλόμενων ρυθμίσεων στο αυτοκίνητο καταργήθηκε και παρέμειναν μόνο οι αναγκαίες. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα την εξοικονόμηση βάρους από τις διάφορες επιπλέον βάσεις στήριξης των παραπάνω ρυθμίσεων. Τα επιμέρους κομμάτια και υποσυστήματα έπρεπε να τοποθετηθούν όσο πιο κοντά στο έδαφος ήταν εφικτό, έτσι ώστε, η απόσταση του κέντρου βάρους στον κατακόρυφο άξονα να γίνει μικρότερη. Ο μεγάλος συντελεστής ασφάλειας στο σχεδιασμό των πρωτότυπων κομματιών του πρώτου μονοθέσιου άλλαξε με έναν μικρότερο, όμως αναγκαίο, βάσει κανονισμών και φορτίσεων. Αυτό σκοπό είχε να οδηγήσει σε περαιτέρω μείωση βάρους στο μονοθέσιο. Με βάση όλων των παραπάνω δεδομένων ξεκίνησε η σχεδίαση του καινούργιου μονοθέσιου έχοντας σαν δεδομένα τα παρακάτω: Εφόσον η ομάδα ΑΡΤ-9 ήθελε ευέλικτο αμάξι έπρεπε το μονοθέσιο να έχει μικρό μεταξόνιο κάτι το οποίο θα βοηθούσε στο να το πετύχει αυτό. Επίσης το μετατρόχιο του αυτοκινήτου στον μπροστά και πίσω άξονα έπρεπε να είναι τέτοιο έτσι ώστε η γεωμετρία του μονοθέσιου να μπορεί να παραλάβει τα επιθυμητά πλευρικά φορτία. Το σύστημα διεύθυνσης δεν θα είναι πλέον μεταβαλλόμενο αλλά θα υιοθετηθεί μόνο το Παράλληλο σύστημα διεύθυνσης καθώς από την μοντελοποίηση του πρώτου μονοθέσιου προέκυψε ότι τέτοιου είδους αγωνιστικά οχήματα πετυχαίνουν ταχύτερους χρόνους στα συγκεκριμένα αγωνίσματα ενδιαφέροντος με αυτήν την ρύθμιση. Η γωνία Camber εξακολουθεί να είναι μεταβαλλόμενη καθώς είναι η πιο σημαντική γωνία που ρυθμίζει το πέλμα του τροχού στο έδαφος και η επίδρασή της στην απόδοση του μονοθέσιου από αγώνισμα σε αγώνισμα παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Η μόνη αλλαγή που θεωρήθηκε ότι έπρεπε να γίνει είναι η μέθοδος αλλαγής της γωνίας Camber καθώς η ομάδα είχε σαν στόχο η αλλαγή μεταξύ των διαφόρων ρυθμίσεων να λαμβάνει χώρα σε περιορισμένο χρονικό διάστημα, κάτι που έτσι και αλλιώς συμβαίνει κατά τη διάρκεια του αγώνα μεταξύ των διαφόρων αγωνισμάτων. Περαιτέρω ανάλυση στην αλλαγή της γωνίας Camber ακολουθεί παρακάτω στην εργασία. Η δυνατότητα ρύθμισης της γωνίας σύγκλισης ή απόκλισης των τροχών (αλλιώς ονομαζόμενη γωνία «toe») παρέμεινε και στο καινούργιο μονοθέσιο καθώς είναι κάτι το οποίο λόγω κατασκευής επιτρέπει την μεταβολή της, χωρίς να προσθέσουμε σημαντικό βάρος στο μονοθέσιο (αντί της χρήσης σφαιρικών αρθρώσεων χρησιμοποιούνται ακρόμπαρα, των οποίων η 97

99 διαφορά στο βάρος είναι μικρή) και έχει σημαντική επίδραση σε αγωνίσματα με σχετική δυναμική ισορροπία όπως το «Skidpad» και η επιτάχυνση. Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε κατά την κατασκευή του μονοθέσιου άλλαξε και από ανοξείδωτος χάλυβας που χρησιμοποιήθηκε για το μονοθέσιο της ΑΡΤ-7, πλέον έγινε χρήση επιβελτιωμένου χάλυβα λόγω των καλύτερων ιδιοτήτων του. ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΗ ΠΟΡΕΙΑ 2.1) Σχεδιασμός και υπολογισμός συστήματος ανάρτησης μονοθεσίου ΑΡΤ ) Προσδιορισμός ελαστικών που θα χρησιμοποιηθούν. Μελέτη αγοράς και διαθέσιμων επιλογών ) Επιλογή μεταξονίου και μετατροχίου και επιθυμητού ύψους κέντρου βάρους και αιτιολόγηση ) Στατική ανάλυση κινηματικής μονοθεσίου οχήματος. Εύρεση μέγιστων κάθετων και πλευρικών δυνάμεων σε στατικό υπολογισμό κατά τη εκπόνηση μιας στροφής ) Προσδιορισμός γωνίας πλαγιοπορείας και μέγιστης επιτρεπόμενης γωνίας Camber για τα μέγιστα στατικά πλευρικά φορτία στους τροχούς με τη βοήθεια των TTC δεδομένων ) Σχεδιασμός συστήματος διπλών ψαλιδιών. Προσδιορισμός γωνιών κλίσης στα επίπεδα y-z και x-z και άρα προσδιορισμός θέσης κέντρων κλυδωνισμού και πρόνευσης αντίστοιχα για τους δύο άξονες της ανάρτησης ) Σχεδιασμός και υπολογισμός συστήματος σχέσης μετάδοσης δυνάμεων μέσω ζυγόθρων. Προσδιορισμός μεγεθών και στιβαρότητας ελατηρίων και αποσβεστήρων του συστήματος ανάρτησης ) Σχεδιασμός συστήματος αντιστρεπτικής ράβδου. 2.2) Σχεδιασμός συστήματος διεύθυνσης ) Επιλογή συστήματος διεύθυνσης και αιτιολόγηση 2.2.2) Γεωμετρικός σχεδιασμός συστήματος διεύθυνσης 2.3) Κατασκευή και προετοιμασία συγκολλήσεων συστημάτων ανάρτησης και διεύθυνσης 98

100 2.3.1) Λεπτομερής σχεδιασμός τεμαχίων προς κατασκευή και προετοιμασία συγκόλλησής τους. Ψαλίδια, μοχλικά-μοχλοί διεύθυνσης, ζύγωθρα, αντιστρεπτική ράβδος ) Προετοιμασία συγκόλλησης βάσεων ανάρτησης στο σασί. 2.1) Σχεδιασμός και υπολογισμός συστήματος ανάρτησης μονοθεσίου ΑΡΤ ) Προσδιορισμός ελαστικών που θα χρησιμοποιηθούν. Μελέτη αγοράς και διαθέσιμων επιλογών. Ο ρόλος των ελαστικών ενός οχήματος στη συνολική του τελικά απόδοση και συμπεριφορά στο δρόμο είναι ανεκτίμητος. Το ελαστικό είναι το μοναδικό τελικά μέσο «επικοινωνίας» ή αλλιώς συνδετικός κρίκος του αυτοκινήτου με το περιβάλλον του, δηλαδή το δρόμο. Όλες οι δυνάμεις που αναπτύσσονται στο όχημα τελικά μεταφέρονται σε τέσσερα σημεία επαφής μεταξύ ελαστικού και οδοστρώματος. Οπότε η μελέτη της συμπεριφοράς τους και της επίδρασής τους στη δυναμική συμπεριφορά του οχήματος είναι κάτι που δεν θα πρέπει να λείπει από καμία σχεδιαστική απόπειρα αναρτήσεων. Για να είναι όμως εφικτό αυτό χρειάζονται συγκεκριμένα δεδομένα, τα οποία εξάγονται από πειραματικές μετρήσεις και ονομάζονται TTC αρχεία για τα οποία συγκεκριμένα έχει γίνει αναφορά στο πρώτο μέρος της εργασίας στο κεφάλαιο Σε αυτά αναφέρονται ιδιότητες των ελαστικών όπως: Παράμετροι που αφορούν τις διαμήκης δυνάμεις που αναπτύσσονται στο ελαστικό Παράμετροι που αφορούν τις εγκάρσιες δυνάμεις που αναπτύσσονται στο ελαστικό Παράμετροι που αφορούν την ροπή επαναφοράς μέσω των οποίων υπολογίζονται οι απαραίτητες δυνάμεις και ροπές που ασκούνται στο ελαστικό για μία συγκεκριμένη άσκηση κάθετης δύναμης σε αυτόν καθώς και χαρακτηριστικά που προσδιορίζουν την πλαγιοπορεία του τροχού και την επιτρεπτή στατική γωνία Camber που μπορεί να έχει ένας τροχός για την ανάλογη επιθυμητή πλαγιοπορεία. Τα ελαστικά που είναι διαθέσιμα στην αγορά και είναι κατάλληλα για αγώνες μονοθεσίων οχημάτων τύπου FSAE είναι των ακόλουθων εταιριών: AVON HOOSIER GOODYEAR MICHELIN 99

101 Η ομάδα της ΑΡΤ-9 αποφάσισε να χρησιμοποιήσει για το μονοθέσιό της ξανά τα ελαστικά του κατασκευαστή AVON έναντι των υπολοίπων, ακολουθώντας το παράδειγμα της ομάδας ΑΡΤ-7. Σε αυτήν την απόφαση συντέλεσαν κάποιοι συγκεκριμένοι λόγοι, οι οποίοι παρουσιάζονται ακολούθως: Τα ελαστικά της AVON είναι τα μοναδικά μεταξύ των πιθανών επιλογών τα οποία δεν έχουν ακτινική (radial) αλλά σταυρωτή (cross ply) πλέξη. Αυτό το χαρακτηριστικό έχει παρατηρηθεί ότι δίνει ένα πλεονέκτημα στη συμπεριφορά του οχήματος στο δρόμο, καθότι το ελαστικό μπορεί να συνεργαστεί καλύτερα σε μία πιθανή μεταβολή της γωνίας Camber. Αν παρατηρήσει κανείς τα διαγράμματα που προκύπτουν από τα TTC δεδομένα των ελαστικών ακτινικής πλέξης που ακολουθούν παρακάτω, μπορεί να εξάγει το συμπέρασμα ότι στο περιθώριο των γωνιών πλαγιολίσθησης που θα πρέπει να λειτουργεί το μονοθέσιο, δεν παρουσιάζεται ιδιαίτερη διαφοροποίηση στην γωνία πλαγιολίσθησης α, ανεξαρτήτως της επιβαλλόμενης στατικής γωνίας Camber. Αυτό αποτελεί και το βασικό επιχείρημα υπέρ των ελαστικών σταυρωτής πλέξης, καθώς δίνουν περιθώριο μεταβολής της συμπεριφοράς τους στην ίδια πλευρική δύναμη ανάλογα με την επιβαλλόμενη γωνία Camber,παρουσιάζοντας έτσι μεγαλύτερη «ευαισθησία» από τα ακτινικά ελαστικά. Ένα ελαστικό ακτινικής πλέξης είναι πιθανότερο να έχει έναν χαμηλότερο βαθμό ελαστικότητας από ότι ένα ελαστικό σταυρωτής πλέξης, και για αυτόν τον λόγο το όχημα μπορεί να είναι πιο ευαίσθητο σε πιθανές αλλαγές της πίεσης από ότι σε ένα σταυρωτής πλέξης λάστιχο. Άρα τα ελαστικά της Avon, δεν προσβάλλονται τόσο πολύ σε μία αλλαγή πίεσης και αυτό είναι κάτι το θετικό για μια ομάδα που συμμετέχει σε πρωτάθλημα της FSAE, καθότι σε αυτούς τους αγώνες απαγορεύεται στις ομάδες να χρησιμοποιήσουν τις ειδικές θερμαντικές κουβέρτες ελαστικών και στα αγωνίσματα ξεκινούν τα μονοθέσια με χαμηλή θερμοκρασία ελαστικών και άρα και χαμηλή πίεση, κάτι που καθιστούν τα ακτινικά ελαστικά αδύναμα να λειτουργήσουν στην μέγιστη απόδοσή τους από την αρχή κιόλας του αγωνίσματος. Η εμπειρία που θα μπορούσε η ομάδα της ΑΡΤ-9 να εκμαιεύσει από την προκάτοχό της ΑΡΤ-7, όσον αφορά την χρήση αυτών των ελαστικών και το σημείο βέλτιστης επίδοσής τους και τα επίπεδα φθοράς τους ανάλογα την εντατική τους κατάσταση θα ήταν αρκετά χρήσιμη. Σε αυτήν την περίπτωση, θα ήταν πιο σώφρον να γίνει προσπάθεια βελτιστοποίησης της συμπεριφοράς της ανάρτησης, έτσι ώστε να συνεργάζεται με τον καλύτερο δυνατό τρόπο με τα δεδομένα γνωστά πλέον ελαστικά. Οι οδηγοί της ομάδας ΑΡΤ-9 θα παραμείνουν κατά το ήμισυ οι ίδιοι με αυτούς της ΑΡΤ-7, οπότε η εμπειρία τους όσον αφορά την απόδοσή των AVON στις διάφορες θερμοκρασίες και αγωνίσματα θα μας ήταν πολύτιμη. Μη αμελητέος παράγοντας για μια αγωνιστική ομάδα χαμηλού σχετικά με τον ανταγωνισμό προϋπολογισμού είναι και ο οικονομικός παράγοντας και η AVON 100

102 ως πιο μικρή εταιρία από τις ανταγωνίστριές της είναι κατά ένα μικρό ποσοστό πιο οικονομική. Οι ζάντες που χρησιμοποιούνται από την ΑΡΤ-9 είναι διαμέτρου 13 ιντσών. Το βασικό πλεονέκτημα της χρήσης μιας ζάντας διαμέτρου 10 ιντσών είναι αναμφισβήτητα το μικρότερό τους βάρος που θα συμβάλλει σε μικρότερη μη αναρτώμενη μάζα καθώς και η μικρότερη στρεπτική ροπή αδράνειας. Ωστόσο οι ζάντες διαμέτρου 10 ιντσών προσδίδουν στον σχεδιαστή λιγότερο διαθέσιμο χώρο για την έδραση του μουαγιέ και του συστήματος δαγκάνας και δισκόπλακας κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε έναν σχεδιασμό λιγότερο αποτελεσματικό, καθότι πολλές φορές κάποια από τα σημεία έδρασης της ανάρτησης στο σασί μπορεί να επιβάλλονται από χωροταξικούς παράγοντες. Επιπλέον ένας μικρός άξονας kingpin που θα επιβαλλόταν από μία μικρότερη ζάντα θα τοποθετούσε τα εσωτερικά σημεία περιστροφής της ανάρτησης αρκετά κοντά το ένα στο άλλο κάτι που θα οδηγούσε σε πιο έντονα πεδία φόρτισης. Θεωρήθηκε ότι τελικά τα πλεονεκτήματα και η σχεδιαστική ελευθερία που προσφέρει μία ελαφρώς μεγαλύτερη ζάντα θα υπερτερούσαν το μειονέκτημα της αύξησης του βάρους της μη αναρτώμενης μάζας οπότε και προτιμήθηκε ζάντα 13 ιντσών έναντι της διαθέσιμης επιλογής των 10 ιντσών ) Επιλογή μεταξονίου και μετατροχίου και επιθυμητού ύψους κέντρου βάρους και αιτιολόγηση. Μία από τις πιο σημαντικές επιλογές στην σχεδίαση ενός μονοθέσιου και μάλλον η πρωταρχική από άποψη γεωμετρίας είναι αυτή του μεταξονίου και του μπροστινού και πίσω μετατροχίου, λόγω της επίδρασης που έχουν στη δυναμική συμπεριφορά και την οδηγική αίσθηση του μονοθέσιου. Ένα μικρό μεταξόνιο καθιστά το μονοθέσιο όχημα πιο ευέλικτο σε απότομες καμπές και γρήγορες εναλλαγές πορείας σε αντίθεση με μεγάλης απόστασης ευθείες γρήγορης ταχύτητας, όπου ένα μεγαλύτερο μεταξόνιο είναι πιο σταθερό. Αυτό συμβαίνει καθώς η ροπή αδράνειας ως προς τον κατακόρυφο άξονα (yaw angular inertia) μικραίνει σε ένα όχημα με μικρό μεταξόνιο. Επιπλέον η ακολουθούμενη τροχιά του οχήματος κατά μια στροφή του τιμονιού ενός οχήματος με μικρό μεταξόνιο είναι μικρότερη από αυτήν ενός μεγάλου μεταξονίου για την ίδια στροφή του τιμονιού. Τα μετατρόχιο του μπροστινού και πίσω άξονα είναι επίσης σημαντικά καθώς από αυτά εξαρτάται η συμπεριφορά του μονοθέσιου όταν αυτό δέχεται πλευρική φόρτιση σε μια καμπή καθώς και η τάση που έχει το μονοθέσιο να αντιστέκεται ή όχι στον κλυδωνισμό ή αλλιώς στο «ρολάρισμα». Η ομάδα αποφάσισε ότι το καινούργιο μονοθέσιο πρέπει να μικρύνει γενικά όσον αναφορά το μήκος του. Για να είναι αυτό εφικτό το μεταξόνιο έπρεπε να ακολουθήσει την ίδια λογική. Έτσι θα ήταν θεωρητικά εφικτό να σχεδιαστεί ένα μονοθέσιο ευέλικτο στις κλειστές διαδρομές του αγώνα, ο οποίος είναι προορισμένος να ελέγξει τη δυνατότητα των αγωνιστικών οχημάτων να ακολουθήσουν περίπλοκες πορείες στην πίστα με άριστη δυναμική συμπεριφορά και όχι την τελική τους ταχύτητα μέσω χρήσης μεγάλων ευθειών, κάτι που θα ήταν και επικίνδυνο για έναν 101

103 φοιτητικό αγώνα. Αυτό το χαρακτηριστικό θα βοηθήσει το μονοθέσιο όχημα να πραγματοποιήσει εν προκειμένω και γρήγορους χρόνους. Τα ελαστικά του πίσω άξονα είναι τα κινητήρια και επομένως είναι επιθυμητό να έχουν μεγάλο πλάτος ώστε να μπορούν να μεταφέρουν την «δύναμη» του κινητήρα στο δρόμο μέσω της τριβής. Επομένως όσο μεγαλύτερα σε πλάτος τα κινητήρια ελαστικά τόσο καλύτερη η πρόσφυση του μονοθέσιου στους πίσω τροχούς. Αντίθετα, οι μπροστινοί τροχοί δεν πρέπει να έχουν τόσο μεγάλο πλάτος επειδή είναι οι κατευθυντήριοι τροχοί του οχήματος και είναι σχεδιαστικά βέλτιστο να έχουν μικρή ροπή αδράνειας και μικρή μάζα ώστε να προκύπτει ένα συνολικά «ελαφρύ τιμόνι», όσον αφορά τουλάχιστον αυτόν τον παράγοντα και όχι το σχεδιασμό του συστήματος διεύθυνσης αυτόν καθ εαυτόν. Όσον αφορά λοιπόν τα μετατρόχια και έχοντας πλέον υπόψιν το πλάτος των ελαστικών αυτής της κατηγορίας αγώνων που θα συμμετάσχει η ομάδα, το μετατρόχιο μπροστά σχεδιάστηκε μεγαλύτερο έτσι ώστε να αντισταθμιστεί η διαφορά στο πλάτος των μπροστά με των πίσω ελαστικών, καθώς ο στόχος ήταν να σχεδιαστεί ένα σχετικά ομογενές και ουδέτερο σε διαστάσεις όχημα. Έχοντας τα προαναφερθέντα υπόψιν και φυσικά τους κανονισμούς (όπου τα μονοθέσια τύπου FSAE οφείλουν να έχουν μεταξόνια τουλάχιστον 1525mm και ο μικρός άξονας του μονοθεσίου να είναι κατά το μέγιστο 75% μικρότερος από τον μεγάλο άξονα του οχήματος) αποφασίστηκαν τα παρακάτω γεωμετρικά μεγέθη: Μεταξόνιο: 1550 mm Μετατρόχια: 1150 mm για τον πίσω άξονα 1226 mm για τον μπροστινό άξονα Σχήμα 70: Απεικόνιση μεταξονίου και μετατροχίων 102

104 Κάποιοι παράγοντες που παίζουν επίσης βασικό ρόλο στην σχεδίαση των αναρτήσεων είναι το συνολικό βάρος του μονοθεσίου, η απόστασή του μεγαλύτερου τμήματός του από το έδαφος και κατά συνέπεια το τελικό ύψος του κέντρου βάρους. Αυτοί οι παράγοντες δεν ήταν δυνατό να καθοριστούν από την σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων αυτής καθεαυτής επειδή επιρροή σε αυτά τα μεγέθη έχουν όλα τα μέλη του οχήματος, από τον κινητήρα και τη θέση έδρασής του μέχρι πχ. τη θέση του οδηγού στο κάθισμα και την έδραση της πεταλιέρας. Ανεξάρτητα από αυτό το γεγονός όμως έπρεπε να γίνει μια υπόθεση για αυτά τα καθοριστικά μεγέθη ούτως ώστε να μπορεί ο σχεδιασμός να προχωρήσει. Η υπόθεση βασίστηκε στα αντίστοιχα μεγέθη που επιτεύχθηκαν από την προηγούμενη ομάδα και στο γεγονός ότι με την υπάρχουσα εμπειρία και τις διαφορετικές σχεδιαστικές επιλογές σε κάποιους τομείς θα μπορέσει να υπάρξει κάποια πρόοδος ώστε τα μεγέθη να μειωθούν σε έναν δυνατό βαθμό. Το μονοθέσιο της ΑΡΤ-7, λόγω του γεγονότος ότι ήταν η πρώτη σχεδιαστική και κατασκευαστική απόπειρα του πανεπιστημίου σχεδιάστηκε με συντηρητική σχετικά φιλοσοφία, έτσι ώστε να προέχει σε κάθε φάση η ασφάλεια του φοιτητή οδηγού. Στόχος του καινούριου μονοθεσίου σε αντίθεση με το πρώτο μονοθέσιο ήταν να έχει ένα πιο αγωνιστικό στήσιμο κρατώντας όμως την ασφάλεια σαν γενικό γνώμονα. Για το λόγο αυτό ορίστηκε με βάση τα κινούμενα μέρη της ανάρτησης και των κανονισμών, η ελάχιστη απόσταση από το έδαφος στα 80mm. Το ύψος του κέντρου βάρους για ένα αγωνιστικό όχημα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο χαμηλά έτσι ώστε να εκτελεί τις διάφορες μανούβρες δίχως να χάνει πρόσφυση και επαφή με τον δρόμο. Επομένως με βάση την εμπειρία μας από το πρώτο μονοθέσιο και τις νέες κατασκευαστικές δυνατότητες που υπήρχαν στην ομάδα και στο πανεπιστήμιο, το ύψος του καινούργιου μονοθέσιου ορίστηκε στα 260mm, ποσοστό 20% χαμηλότερο από το πρώτο μονοθέσιο. Σαν ομάδα θεωρήσαμε ότι το ποσοστό βελτίωσης είναι ρεαλιστικό καθώς στο καινούργιο αμάξι θα γινόταν εκτεταμένη χρήση συνθετικών υλικών όπως τα ανθρακονήματα, το πολυαμίδιο και το EPP στα μέρη του αυτοκινήτου που εδράζονταν σε μεγάλο ύψος από το έδαφος, όπως πχ. η θέση του οδηγού, το «fairing», τμήματα του σασί μέσω χρήσης ειδικών «carbon panels»,η έδραση ηλεκτρονικών, το τιμόνι, η εισαγωγή αέρα, ο προφυλακτήρας, το ρεζερβουάρ κλπ. Τα μέρη με αυξημένο βάρος όπως ο κινητήρας, ο οδηγός, η εξάτμιση και το ρεζερβουάρ θα τοποθετούνταν στη χαμηλότερη κατασκευαστικά και χωροταξικά δυνατή θέση. Κρατώντας το κέντρο βάρους όσο πιο χαμηλά γίνεται το μονοθέσιο αποκτά σταθερότητα και είναι πιο φιλικό στην οδήγηση. Σαν σύνολο το μονοθέσιο υπολογίστηκε ότι θα ζυγίζει 315kg με τον οδηγό και τον εξοπλισμό του. 103

105 2.1.3) Στατική ανάλυση κινηματικής μονοθεσίου οχήματος. Εύρεση μέγιστων κάθετων και πλευρικών δυνάμεων σε στατικό υπολογισμό κατά τη διάρκεια μιας στροφής, πέδησης και επιτάχυνσης. Εφόσον έχει καθοριστεί η βασική γεωμετρία του συνολικού μονοθεσίου, και συγκεκριμένα το μήκος του μετατροχίου και μεταξονίου καθώς και το επιθυμητό ύψος του κέντρου βάρους του συνολικού μονοθεσίου, όπως επίσης και τα χρησιμοποιούμενα ελαστικά, είναι πλέον κανείς σε θέση να υπολογίσει ή καλύτερα να κάνει μια πρώτη πρόβλεψη για τις μέγιστες φορτίσεις που θα δέχονται οι τροχοί σε εντατική κατάσταση στροφής. Οι υπολογιζόμενες στατικές δυνάμεις είναι συγκεκριμένα οι ακόλουθες: Αναπτυσσόμενες δυνάμεις στους τέσσερις τροχούς κατά τη στατική κατάσταση του οχήματος Αναπτυσσόμενες δυνάμεις στους τέσσερις τροχούς σε μία δεδομένη καμπή με συγκεκριμένη δοθείσα ταχύτητα και ακτίνα καμπής. Για όλες τις παραπάνω διαφορετικές φορτίσεις κάποια δεδομένα παρέμεναν σταθερά, καθώς χαρακτηρίζουν τη γεωμετρία του μονοθεσίου και δεν έχουν σχέση με την εντατική κατάσταση. Αυτά τα σταθερά και αναγκαία για τον υπολογισμό δεδομένα είναι τα ακόλουθα: Hs = ύψος του κέντρου βάρους στον κατακόρυφο άξονα 260mm L = μήκος μεταξονίου 1550mm m = συνολική μάζα του μονοθεσίου μαζί με οδηγό 60kg 315 kg u = ταχύτητα σε m/s R = ακτίνα διαγραφόμενης καμπής 4.5 m μ = συντελεστής τριβής μεταξύ ελαστικού και δρόμου. Το δεδομένο αυτό θεωρήθηκε στο μ=1,8 και η πληροφορία προήλθε από τα TTC αρχεία των slick ελαστικών AVON και το οδόστρωμα θεωρήθηκε ότι είναι το πειραματικό οδόστρωμα που προσομοιώνει το οδόστρωμα της πίστας bfr,bfl = Το δεξί και αντίστοιχα αριστερό ήμισυ του μετατροχίου του μπροστινού άξονα 1.226/2=0.6m brr,brl = Το δεξί και αντίστοιχα αριστερό ήμισυ του μετατροχίου του πίσω άξονα 1.15/2=0.575 m G = Αναπτυσσόμενο βάρος = 9.81*m a y = πλευρική επιτάχυνση που αναπτύσσεται στο όχημα σε αυτήν την ακτίνα στροφής. Υπολογίζεται από τη σχέση: Lf,Lr = Ποσοστό κατανομής βάρους στον μπροστινό και πίσω άξονα αντίστοιχα υπόθεση για 50%, επειδή υπάρχει ο στόχος ενός ουδέτερου οχήματος με τον οδηγό καθιστό στη θέση οδήγησης. Τα Διαγράμματα Ελευθέρου Σώματος που χαρακτηρίζουν τις δύο προαναφερθείσες εντατικές καταστάσεις είναι τα ακόλουθα: 104

106 Σχήμα 71: ΔΕΣ φορτίσεων σε έναν άξονα οχήματος 4 τροχών σε στατική κατάσταση. Σχήμα 72: ΔΕΣ φορτίσεων σε έναν άξονα οχήματος 4 τροχών σε εντατική κατάσταση δεξιόστροφης στροφής. Με βάση αυτό το ΔΕΣ εκτελέστηκαν υπολογισμοί προκειμένου να εντοπιστούν οι ακόλουθες δυνάμεις στους τροχούς του μονοθεσίου οχήματος: Fz κάθετα φορτία σε κάθε τροχό σε στατική θέση. Εξαρτώνται από την κατανομή του βάρους του μονοθεσίου, τη μάζα και το μεταξόνιο ΔFz επιπλέον κάθετο φορτίο που αναπτύσσεται στον εξωτερικό τροχό του οχήματος κατά την εκτέλεση μιας στροφής λόγω μεταφοράς βάρους του σασί Fzt συνολική κάθετη δύναμη που αναπτύσσεται τελικά στους τροχούς κατά την εκτέλεση μιας στροφής. Fy πλευρική δύναμη που αναπτύσσεται στον τροχό κατά την εκτέλεση μιας στροφής 105

107 Οι υπολογισμοί που κατέδειξαν τις ακόλουθες δυνάμεις και βασίζονται στα ΔΕΣ είναι οι ακόλουθοι:, ως εξωτερικοί τροχοί,ως εσωτερικοί τροχοί,το πλευρικό φορτίο κάθε τροχού Αυτοί οι σχετικά απλοϊκοί υπολογισμοί μπορούν να δώσουν στο σχεδιαστή μια πρώτη ιδέα για το πώς μπορεί να συμπεριφερθεί το όχημα πχ. σε μια απότομη στροφή. Γίνεται αντιληπτό ότι πχ. το μετατρόχιο ενός μονοθεσίου μπορεί να είναι πολύ μικρό ή το ύψος κέντρου βάρους ανεπίτρεπτα υψηλό εάν η κάθετη φόρτιση του εσωτερικού τροχού μηδενιστεί και έχουμε ανασήκωση του τροχού, κάτι που είναι σχεδιαστικό λάθος ως υπερβολική δυναμική συμπεριφορά και θα πρέπει να αποφεύγεται. Ο συσχετισμός αυτών των δυνάμεων βοηθά στο να ληφθούν αποφάσεις σχετικά με τη βάση του σχεδιασμού του μονοθεσίου εν κατακλείδι ) Προσδιορισμός γωνίας πλαγιοπορείας και μέγιστης επιτρεπόμενης γωνίας Camber για τα μέγιστα στατικά πλευρικά φορτία στους τροχούς με τη βοήθεια των TTC δεδομένων. Μετά τον υπολογισμό των κάθετων και πλευρικών φορτίσεων που επιδρούν στους τροχούς του αυτοκινήτου η ομάδα έπρεπε να λάβει υπόψιν, τι τελικά πραγματικά συμβαίνει στον κάθε τροχό και όχι την ιδανική κατάσταση. Συγκεκριμένα η ανάπτυξη των πλευρικών δυνάμεων F yi στα πέλματα των ελαστικών ως αντιδράσεις της κεντρομόλου κατά τη διάρκεια της κίνησης οχήματος σε στροφή έχει σαν αποτέλεσμα την εκτροπή του οχήματος από την επιθυμητή τροχιά λόγω ανάπτυξης των γωνιών πλαγιοπορείας α i. Η διαδικασία αυτή γίνεται εμφανής στο παρακάτω σχήμα: 106

108 Fy1 Fy2 Fy3 Fy4 Σχήμα 73: Πλευρικές δυνάμεις ελαστικών και γωνίες στροφής δi και πλαγιοπορείας αi αντιστοίχως κατά τη διάρκεια στροφής όταν τα ελαστικά δεν πλαγιοπορούν (διακεκομμένη γραμμή) και όταν αυτά πλαγιοπορούν (συνεχής). Όταν το ελαστικό έρχεται σε επαφή με το οδόστρωμα με κάποια γωνία Camber που την παραλαμβάνει είτε λόγω της κατακόρυφης μετατόπισης του τροχού είτε ως αρχική στατική θέση, μπορεί να παραλάβει διαφορετικό μέγεθος πλευρικής δύναμης Fy για δεδομένη γωνία πλαγιοπορείας α κάτι που οφείλεται στην παραμόρφωση του πέλματος του. Το όριο αυτής της γωνίας με βάση τη πλαγιοπορεία που αναπτύσσεται αναλογικά με το πλευρικό φορτίο είναι κάτι το οποίο επίσης θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν πριν προχωρήσει κανείς στο σχεδιασμό τον ψαλιδιών. Για να το πετύχουμε αυτό χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα ελαστικών TTC τα οποία έχουν προκύψει από τα πειράματα MRA (Milliken Research Association) και υποδεικνύουν τη συμπεριφορά υπό φόρτιση των ελαστικών της κάθε εταιρίας από τις προαναφερθείσες. Η ομάδα ΑΡΤ-7 είχε ήδη προμηθευτεί δεδομένα για τα Avon ελαστικά που τελικά επαναχρησιμοποιήθηκαν. Αυτά τα δεδομένα περιέχουν κάποιες πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά της γόμας των ελαστικών, όπως έχει γίνει ήδη αναφορά στα κεφάλαια και

109 Lateral Force Fy {n} Η ομάδα χρησιμοποιώντας τα δεδομένα αυτά κατάφερε να : Υπολογίσει το μέγιστο πλευρικό φορτίο που μπορεί να παραλάβει το μονοθέσιο χωρίς κάποιος τροχός να χάσει την επαφή του με το οδόστρωμα Υπολογίσει ποιο είναι το βέλτιστο εύρος αλλαγής γωνίας camber που θα πρέπει να έχει το μονοθέσιο ώστε να δέχεται τις μεγαλύτερες γωνίες αi δίχως να γλιστρήσει Δημιουργήσει διαγράμματα μεταξύ του πλευρικού φορτίου που δέχεται το μονοθέσιο και τις γωνίες πλαγιολίσθησης που αναπτύσσονται για αυτό το φορτίο για τις διαφορετικές στατικές γωνίες Camber. Μέσω των διαγραμμάτων που προέκυψαν, για τον μπροστά και για πίσω άξονα του αυτοκινήτου, όπου το όχημα ΑΡΤ-9 χρησιμοποιεί λάστιχα τύπου και αντίστοιχα, η ομάδα ήταν σε θέση να βρει την βέλτιστη γωνία camber με την μικρότερη γωνία πλαγιοπορείας, βάση του πλευρικού φορτίου (το οποίο προκύπτει μέσω συνδυασμού του κάθετου φορτίου και των ΤΤC δεδομένων) που αναπτύσσονται στο μονοθέσιο. Ένα παράδειγμα των διαγραμμάτων που προέκυψαν, με βάση το κάθετο φορτίο για τον μπροστά και τον πίσω άξονα και για τις διάφορές πιθανές στατικές γωνίες Camber είναι το ακόλουθο: 4000 Avon ,5-5 -2,5 0 2,5 5 7, Camber 0 Camber -2 Camber 2 Camber -4 Camber Slip angle α[deg] Σχήμα 74: Διάγραμμα απεικόνισης των ορίων της γωνίας Camber με βάση την πλευρική δύναμη στα ελαστικά και την γωνία πλαγιοπορείας για τα ελαστικά του μπροστινού άξονα του ΑΡΤ

110 Lateral Force Fy {n} 4000 Avon ,5-5 -2,5 0 2,5 5 7, Camber 0 Camber -2 Camber 2 Camber -4 Camber Slip angle α[deg] Σχήμα 75: Διάγραμμα απεικόνισης των ορίων της γωνίας Camber με βάση την πλευρική δύναμη στα ελαστικά και την γωνία πλαγιοπορείας για τα ελαστικά του πίσω άξονα του ΑΡΤ-9. Με βάση τα δυο παραπάνω διαγράμματα η ομάδα ήταν σε θέση να βγάλει τα όρια της γωνίας Camber για τον μπροστά και πίσω άξονα, έτσι ώστε το όχημα να μην έρθει σε κατάσταση ολίσθησης. Έχοντας πλέον γνωστό από το κεφάλαιο το μέγιστο πλευρικό φορτίο που δέχεται το μονοθέσιο, ήταν γνωστό στο κάθε διάγραμμα που βρισκόμαστε στον κάθετο άξονα. Έπειτα, θέλοντας όσο γίνεται πιο μικρή γωνία πλαγιοπορείας, έγινε διαλογή της καμπύλης της γωνίας Camber που για το αντίστοιχο πλευρικό φορτίο δίνει την μικρότερη γωνία πλαγιοπορείας. Για τα δεδομένα ενός τέτοιου τύπου μονοθέσιου καταλήξαμε στα εξής: -4 ο γωνία Camber στον μπροστά άξονα με μέγιστη γωνία πλαγιοπορείας 3 ο -4 ο γωνία Camber στον πίσω άξονα με μέγιστη γωνία πλαγιοπορείας 3 ο Έχοντας πραγματοποιήσει πλέον την άνωθεν απαραίτητη προμελέτη είναι πλέον η σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων σε θέση να προχωρήσει στο ζητούμενο, δηλαδή στον σχεδιασμό του συστήματος ανάρτησης και διεύθυνσης αυτό καθ εαυτό. Ο σχεδιασμός της ανάρτησης σε δυσδιάστατο επίπεδο έγινε στο σχεδιαστικό CAD πρόγραμμα Inventor της Autodesk, το οποίο επιτρέπει στο χρήστη να θέσει περιορισμούς και βαθμούς ελευθερίας στην κίνηση και να μελετήσει την κινηματική της ανάρτησης σε δυσδιάστατο ή και τρισδιάστατο επίπεδο. 109

111 2.1.5) Σχεδιασμός συστήματος διπλών ψαλιδιών. Προσδιορισμός γωνιών κλίσης στα επίπεδα y-z και x-z και άρα προσδιορισμός θέσης κέντρων κλυδωνισμού και πρόνευσης αντίστοιχα για τους δύο άξονες της ανάρτησης. Στόχος της ομάδας είναι να σχεδιάσει μια γεωμετρία ανάρτησης με μεταβλητή γωνία Camber κατά την διάρκεια της κίνησης του τροχού στον κατακόρυφο z-άξονα. Ο λόγος που γίνεται αυτό είναι επειδή σε στροφές λαμβάνει χώρα μεταφορά βάρους και άρα περαιτέρω φόρτιση των εξωτερικών τροχών, και άρα είναι επιθυμητό με την βοήθεια της γεωμετρίας της ανάρτησης ο τροχός να πάρει την κατάλληλη κλίση μέσω απόκτησης γωνίας Camber έτσι ώστε να μπορέσει να παραλάβει το επιπλέον πλευρικό φορτίο χωρίς να πλαγιοπορήσει. Ο τύπος ανάρτησης που προτιμήθηκε για αυτόν τον σκοπό ήταν η ανάρτηση με διπλά ψαλίδια. Την επιλογή αυτή τη δικαιολογούν τα παρακάτω χαρακτηριστικά αυτού του τύπου ανάρτησης: Η ανάρτηση με διπλά ψαλίδια επιτρέπει τη μεταβολή της γωνίας Camber σε σχέση με την κατακόρυφη θέση του τροχού Η μεταβολή του μεγέθους της γωνίας Camber είναι προοδευτική και δεν παρουσιάζει απότομες μεταβολές. Μέσω της ανάλογης τοποθέτησης των ψαλιδιών στις δύο θέσεις έδρασής τους (στο μουαγιέ και το σασί αντίστοιχα) είναι εφικτό να καθοριστούν οι θέσεις των κέντρων κλυδωνισμού και πρόνευσης της ανάρτησης στον z και y άξονα στο σημείο που επιθυμεί ο σχεδιαστής. Άρα αυτό το μοντέλο ανάρτησης προσδίδει στο σχεδιαστή μεγαλύτερη ελευθερία στο σχεδιασμό. Επιτρέπει την ελαχιστοποίηση του φαινομένου του bump steering. Με κατάλληλη χρήση των «κοκοριών» που παρουσιάστηκαν στο πρώτο μέρος της εργασίας μπορεί να γίνει εφικτή μια προοδευτική και αύξουσα σταθερά ελατηρίου τροχού, ή όπως συνήθως ονομάζεται «wheel rate». Το πρώτο βήμα στην σχεδίαση του συστήματος, είναι ο σχεδιασμός του μηχανισμού σε δυο διαστάσεις και συγκεκριμένα στο επίπεδο y-z. Σε αυτό το σημείο έχουν παρθεί οι τελικές αποφάσεις σε ότι αφορά τα μετατρόχια του μπροστινού και πίσω άξονα, το ύψος του κέντρου βάρους του οχήματος, οι διαστάσεις των τροχών και της ζάντας καθώς και τα όρια της γωνίας Camber που είναι επιτρεπτό να φτάσει ο τροχός σε πλήρες φορτίο Όλα αυτά είναι προαπαιτούμενα στοιχεία για να είναι εφικτός ο σχεδιασμός των διπλών ψαλιδιών σε δυο διαστάσεις. Τώρα πλέον θα μπορούσαν να γίνουν πειραματισμοί επί του σχεδιασμού του συστήματος των διπλών ψαλιδιών όπως επίσης και του μουαγιέ σαν γεωμετρική ευθεία στο δυσδιάστατο χώρο και όχι σαν πλήρη κατασκευή. Ο σχεδιαστής μπορεί σε αυτή τη φάση να πειραματιστεί με τις γωνίες που σχηματίζουν με το έδαφος τα γεωμετρικά αποτυπώματα των υψών των ψαλιδιών σε ένα επίπεδο y-z που περνά από το κέντρο της ρόδας (μία ευθεία δηλαδή για το κάθε ψαλίδι), τη γωνία που σχηματίζει το αποτύπωμα του μουαγιέ στο επιλεγμένο επίπεδο με το έδαφος όπως επίσης και τα ύψη από το έδαφος που έχουν τα σημεία έδρασης των ψαλιδιών στο μουαγιέ. Επιπλέον ορίζει την απόσταση στην οποία είναι το σασί από τον τροχό στο κεντρικό σημείο του τροχού. Όσον αφορά αυτήν την απόσταση ο σχεδιαστής θα πρέπει να έχει υπόψιν τον περιορισμό που επιβάλλουν οι κανονισμοί της FSAE, 110

112 όσον αφορά το πλάτος του σασί σε αυτό το σημείο, που θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 350mm, οπότε και οι εδράσεις των ψαλιδιών σε αυτό το σημείο θα ακολουθήσουν αυτόν τον κανόνα. Έχοντας ως δεδομένο πλέον το μετατρόχιο στον μπροστινό άξονα το μήκος των βραχιόνων των ψαλιδιών κινείται πάνω κάτω σε συγκεκριμένα όρια. Σχήμα 76: Απεικόνιση 2D μπροστινής όψης του μπροστά άξονα για υπολογισμό γωνίας camber και roll center. Όπως είναι εμφανές, σχεδιάζεται πρώτα η γεωμετρία του τροχού σε μπροστινή όψη, δηλαδή η εσωτερική μικρότερη διάμετρος της ζάντας και η εξωτερική διάμετρος του ελαστικού καθώς και η προβολή του μουαγιέ σε μπροστινή όψη. Φέρεται μία κάθετη ευθεία σε απόσταση ίση με το μισό μετατρόχιο του μπροστινού άξονα, που υποδηλώνει το κέντρο του οχήματος. Σε αυτόν τον άξονα σημειώνεται το ύψος του επιθυμητού κέντρου βάρους, στη συγκεκριμένη περίπτωση στα 260mm από το έδαφος. Από τα δύο ακριανά σημεία του μουαγιέ φέρνονται δύο ευθείες οι οποίες προσομοιώνουν τα ψαλίδια και οι προεκτάσεις τους τέμνονται σε κάποιο σημείο στον δυσδιάστατο χώρο, στο λεγόμενο «instant center» ή στιγμιαίο πόλο περιστροφής της ανάρτησης. Τέλος σχεδιάζεται μια ευθεία από το κεντρικό σημείο του τροχού στο έδαφος έως το στιγμιαίο πόλο περιστροφής. Η ευθεία αυτή τέμνει τον κεντρικό κατακόρυφο άξονα σε ένα σημείο που αποτελεί και το λεγόμενο «roll center». Όσον αφορά την ανάρτηση του μπροστινού άξονα προέκυψαν τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Κέντρο κλυδωνισμού μπροστινού άξονα ή αλλιώς λεγόμενο «roll center»: 21.5 mm Εύρος γωνίας Camber για κατακόρυφη μετακίνηση του κέντρου του τροχού στον z-άξονα κατά +30mm και -30mm, όριο στο οποίο πρέπει θεωρητικά να έχει τη δυνατότητα να κινείται ο τροχός λόγω κανονισμών: 1.45 o 111

113 Γωνία Kingpin: 8 ο Scrub Radius: 30mm Kingpin offset: 70mm Ύψος από το έδαφος των δύο σημείων έδρασης στο μουαγιέ των δύο ψαλιδιών: 379mm επάνω ψαλιδιού και 129mm κάτω ψαλιδιού αντίστοιχα Στόχος σε αυτήν την φάση της σχεδίασης είναι να μείνει το ύψος του στιγμιαίου πόλου περιστροφής (instant center) και έμμεσα και το κέντρο κλυδωνισμού του μπροστινού άξονα (roll center) όσο πιο χαμηλά γίνεται. Έχοντας μια ανάρτηση το roll center της σε χαμηλό ύψος από το έδαφος προκύπτει ένας άξονας που έχει την τάση να μην κλυδωνίζεται σε μεγάλο βαθμό όταν δέχεται μεγάλα πλευρικά φορτία και άρα να έχει μεγαλύτερη ευελιξία, κάτι που στον μπροστινό άξονα ως κατευθυντήριος άξονας είναι επιθυμητό. Αυτό που επίσης έπρεπε να ληφθεί υπόψιν σε αυτό το σημείο ήταν η επιπλέον γωνία Camber που προκύπτει όταν ο τροχός βρίσκεται στο πάνω όριο της διαδρομής του αλλά ταυτόχρονα στρίβει στο μέγιστο των δυνατοτήτων του, το λεγόμενο δηλαδή «Camber Gain» έτσι ώστε η γωνία να μην ξεπερνάει την βέλτιστη που έχει υπολογιστεί. Η γωνία που προέκυψε από τον παραπάνω σχεδιασμό είναι ο. Για την ανάρτηση του πίσω άξονα του οχήματος πραγματοποιήθηκε η ίδια σχεδιαστική διαδικασία με αυτήν του μπροστινού άξονα που προαναφέρθηκε. Σχεδιάζοντας μία ανάρτηση επίσης με διπλά ψαλίδια και στον πίσω άξονα του οχήματος σχηματίζεται ο λεγόμενος άξονας κλυδωνισμού του οχήματος ενώνοντας το μπροστινό και πίσω κέντρο κλυδωνισμού. Τα δύο αυτά κέντρα κλυδωνισμού σπάνια βρίσκονται στο ίδιο ύψος από το έδαφος, δίνοντας έτσι στον άξονα κλυδωνισμού μια κλίση. Αυτή η κλίση του άξονα είναι σημαντική για την συμπεριφορά του οχήματος στο δρόμο καθώς καθορίζει τη μεταβολή της γωνίας Camber των τροχών σε μεταφορές βάρους. Επιπλέον ο άξονας του κλυδωνισμού θα πρέπει να έχει σε κάθε περίπτωση κάποια κλίση έτσι ώστε να δίνει το όχημα στον οδηγό την αίσθηση της πλευρικής επιτάχυνσης και των ανωμαλιών στο δρόμο. Η μόνη διαφορά είναι το ότι εδώ το κέντρο κλυδωνισμού είναι επιθυμητό να είναι σε πιο ψηλό σημείο από ότι στον μπροστινό άξονα έτσι ώστε ο άξονας κλυδωνισμού να είναι κεκλιμένος προς το μπροστινό μέρος του οχήματος. Αυτό θα προσδώσει στο όχημα μια ελαφριά υποστροφή που σε έναν φοιτητικό αγώνα είναι πιο εύκολο να το διαχειριστεί ο οδηγός του μονοθεσίου και να καταφέρει γρήγορους γύρους. Ένας επιπλέον παράγοντας που ήταν περιοριστικός στο σχεδιασμό ήταν το γεγονός ότι η ομάδα της ΑΡΤ-9 έλαβε την απόφαση ο κινητήρας του οχήματος συνδεδεμένος με την εξάτμιση (αφού αφαιρεθεί ο σιγαστήρας) και την εισαγωγή αέρα να μπορεί να αποσυνδεθεί και να απομακρυνθεί από το σασί σε μικρό χρονικό διάστημα σε περίπτωση που αυτό χρειαστεί σε συνθήκες αγώνα. Αυτό προϋποθέτει την ύπαρξη ελεύθερου χώρου πάνω από αυτά τα τεμάχια ώστε η διαδικασία να είναι ανεμπόδιστη, άρα το σασί με τα λεγόμενα «braces», δηλαδή υποστηρίγματα του 112

114 πίσω «roll hoop», θα πρέπει να είναι αρκετά «ανοιγμένα» στο σημείο έδρασης των ψαλιδιών της πίσω ανάρτησης. Αυτό σε συνδυασμό με το μικρό μετατρόχιο οδήγησε στα μικρά ψαλίδια της πίσω ανάρτησης. Έχοντας τα παραπάνω υπόψιν σχεδιάστηκε σε επίπεδο y-z και η πίσω ανάρτηση του οχήματος ΑΡΤ-9 ως εξής: Σχήμα 77: Απεικόνιση 2D μπροστινής όψης του πίσω άξονα για υπολογισμό γωνίας camber και roll center. Όσον αφορά την ανάρτηση του πίσω άξονα προέκυψαν τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Κέντρο κλυδωνισμού μπροστινού άξονα ή αλλιώς λεγόμενο «roll center»:78.5mm Εύρος γωνίας Camber για κατακόρυφη μετακίνηση του κέντρου του τροχού στον z-άξονα κατά +30mm και -30mm, όριο στο οποίο πρέπει θεωρητικά να έχει τη δυνατότητα να κινείται ο τροχός λόγω κανονισμών: 2.5 o Γωνία Kingpin: 10 o Scrub Radius: 10mm Kingpin offset:77mm Ύψος από το έδαφος των δύο σημείων έδρασης στο μουαγιέ των δύο ψαλιδιών: 375mm επάνω ψαλιδιού και 134.5mm κάτω ψαλιδιού αντίστοιχα 113

115 Για την ολοκλήρωση του σχεδιασμού των ψαλιδιών χρειάζεται να σχεδιαστούν και οι πλάγιες όψεις κάθε άξονα από τις οποίες θα προκύψουν τα ύψη των κέντρων πρόνευσης της ανάρτησης του μπροστινού και πίσω άξονα και εν τέλει ο άξονας πρόνευσης αυτός καθ εαυτός. Σε αυτό το σημείο ο σχεδιαστής μπορεί να πειραματιστεί επί της γωνίας Caster της ανάρτησης, της οποίας μια πρώτη εκτίμηση έχει ήδη γίνει μέσω του MSC.Adams/Car που χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση του μονοθέσιου της ΑΡΤ-7. Με βάση διάφορες πειραματικές μοντελοποιήσεις, όπου μεταβλητό μέγεθος ήταν η γωνία Caster και την εξειδικευμένη σε αγωνιστικά αυτοκίνητα βιβλιογραφία αποφασίστηκε η γωνία Caster σε αυτό το μονοθέσιο στον μπροστινό άξονα να κυμανθεί σε μικρές τιμές έτσι ώστε να μην δυσχεραίνει τον οδηγό στον χειρισμό του τιμονιού καθότι η γωνία Caster σε μεγάλες τιμές της δημιουργεί μεγάλη ροπή επαναφοράς στο τιμόνι κατά τη διάρκεια μιας στροφής. Με αυτήν την λογική η τιμή της γωνίας Caster έχει μεγάλο ενδιαφέρον στον μπροστινό άξονα, όπου οι τροχοί είναι κατευθυντήριοι και όχι τόσο στον πίσω όπου μπλοκάρεται η στροφή τους, μέσω του μοχλού σύγκλισης. Στην πίσω ανάρτηση η γωνία επηρεάζει κυρίως στη μεταφορά δυνάμεων κα ροπών επαναφοράς μέσω αυτού του μοχλού στο σασί. Ένας ακόμα παράγοντας που ρυθμίζεται μέσω αυτής της όψης είναι και τα anti-features του οχήματος, μέσω του καθορισμού του ύψους των κέντρων πρόνευσης. Η ομάδα είχε ήδη καταλήξει στις τιμές που θα πρέπει περίπου να κινηθούν τα ποσοστά των anti-features από την ανάλυση που έγινε στο πρώτο μέρος της εργασίας και τη μοντελοποίηση του πρώτου μονοθεσίου τύπου FSAE του πανεπιστημίου, οπότε στόχος σχεδιασμού είναι οι δεδομένες τιμές. Αναφορά σε αυτές τις τιμές γίνεται στο κεφάλαιο Έχοντας υπόψιν τα παραπάνω προέκυψε το ακόλουθο σχέδιο της προβολής των ψαλιδιών και του μουαγιέ στο επίπεδο x-z, δηλαδή σε πλαϊνή όψη. Σχήμα 78: Απεικόνιση 2D πλάγιας όψης του μπροστά άξονα για υπολογισμό των anti-features. 114

116 Σχήμα 79: Απεικόνιση 2D πλάγιας όψης του πίσω άξονα για υπολογισμό των antifeatures. Όπως γίνεται αντιληπτό και από το σχήμα σχεδιάζεται πρωτίστως ο τροχός σε πλάγια όψη, δηλαδή η εσωτερική μικρότερη διάμετρος της ζάντας και η εξωτερική διάμετρος του ελαστικού. Έπειτα σχεδιάζεται η πλάγια όψη του μουαγιέ, με την επιλεγμένη κλίση σε σχέση με το κατακόρυφο επίπεδο, κάτι που υποδηλώνει τη γωνία Caster του μηχανισμού. Στο σημείο αυτό πρέπει επίσης και σε αυτήν την όψη να καθοριστεί το πιθανό offset που θα έχει ο kingpin άξονας από το κέντρο του τροχού, όπως πχ είναι εμφανές ότι συμβαίνει στον πίσω άξονα του οχήματος λόγω της ύπαρξης των ημιαξονίων που δίνουν τη ροπή στους κινητήριους τροχούς και οφείλουν να εδραστούν στο κέντρο του μουαγιέ. Επιπλέον σχεδιάζεται μια κατακόρυφη ευθεία πάνω στην οποία θα βρίσκεται το σημείο του κέντρου βάρους του οχήματος. Η x-συντεταγμένη αυτής της ευθείας καθορίζεται σε απόσταση L*Lf ή L*Lr για τον μπροστινό και πίσω άξονα αντίστοιχα. Σε επόμενο στάδιο έρχονται οριζόντιες ευθείες που υποδηλώνουν το ύψος των ακριανών σημείων των ψαλιδιών που σχεδιάστηκαν στην όψη στο y-z επίπεδο, έτσι ώστε να έχουμε συμφωνία διαστάσεων. Μεταξύ αυτών των δύο ευθειών θα πρέπει να είναι το ύψος του τριγώνου που σχηματίζει το κάθε ψαλίδι σε αυτήν την όψη. Σε αυτή τη φάση σχεδιάζονται οι τέσσερις βραχίονες των δύο ψαλιδιών σε πλάγια όψη και από τα άκρα τους φέρνονται δύο ευθείες. Από τις δύο αυτές ευθείες προκύπτει ένα σημείο τομής. Αυτό το σημείο τομής θα πρέπει να κινείται πάνω σε μία ευθεία που έχει αρχή το σημείο επαφής του τροχού με το έδαφος και θα περνά από ένα καθορισμένο σημείο επί της κατακόρυφης ευθείας του κέντρου βάρους. Το σημείο αυτό καθορίζει το ποσοστό του anti-dive, το οποίο υπολογίζεται από την διαίρεση της τιμής του ύψους του καθορισμένου αυτού σημείου ως προς την τιμή του ύψους του κέντρου βάρους, δηλαδή, όπου y είναι το αντίστοιχο ποσοστό anti-dive ή anti-squat που έχει επιλεγεί. Όσον αφορά την ανάρτηση του μπροστινού άξονα προέκυψαν επιπλέον τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Γωνία Caster:5 o Caster Trail:23mm Ποσοστό του στατικού Anti-dive:50% 115

117 Όσον αφορά την ανάρτηση του πίσω άξονα προέκυψαν επιπλέον τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Γωνία Caster:13 o Caster Trail:17mm Ποσοστό του στατικού Anti-squat:88% Ο σχεδιαστικός στόχος που τέθηκε από η ομάδα κατά την σχεδίαση ήταν το σασί να καταπονείται μόνο σε εφελκυσμό και θλίψη από τα ψαλίδια που εδράζονται πάνω του. Για αυτόν τον λόγο, η στήριξη των ψαλιδιών έπρεπε να γίνει πάνω ή όσο πιο κοντά γινόταν σε κόμβο του χωροδικτυώματος. Μια πρώτη σχεδιαστική ιδέα που δοκιμάστηκε από την ομάδα των αναρτήσεων παρουσιάζεται παρακάτω: Σχήμα 80: Έδραση ψαλιδιών πάνω σε κόμβους του σασί. Με αυτόν τον τρόπο των μεγάλων βραχιόνων θα μπορούσαν να αποφευχθούν οι παραπάνω σωλήνες στο σασί καθώς δεν θα χρειαζόταν να γίνει περαιτέρω τριγωνοποίηση για την δημιουργία επιπλέον σημείου για την στήριξη των βάσεων και έτσι τελικά το σασί θα γινόταν ελαφρύτερο. Ο σχεδιασμός αυτός όμως τελικά απορρίφθηκε καθώς τέτοιοι μεγάλοι σε μήκος σωλήνες απαιτούν μεγαλύτερες διατομές για να μην υποκύψουν στο φαινόμενο του λυγισμού κατά τη θλιπτική φόρτισή τους λόγω του μεγάλου μήκους τους. Έτσι θα αναιρούταν το πλεονέκτημα του ελαφριού χωροδικτυώματος μιας που θα προσθέτονταν βάρος στα ίδια τα ψαλίδια. Επίσης θα προέκυπτε πρόβλημα και στην στήριξη του βραχίονα, καθώς στον ίδιο κόμβο στο «main hoop» εδράζεται και η βάση του ψυγείου του οχήματος, οπότε θα μπλόκαρε ο μηχανισμός της ανάρτησης μη έχοντας επαρκή χώρο να λειτουργήσει. Με την κατασκευαστική παραλλαγή του πίσω και κάτω ψαλιδιού, τοποθετούνται μεν στο σασί περισσότεροι σωλήνες ώστε να είναι στατικά σωστά ορισμένος ο κόμβος και να έχει την απαραίτητη μορφή «πυραμίδας». Ο κόμβος 116

118 έδρασης του μπροστινού βραχίονα του κάτω ψαλιδιού της πίσω ανάρτησης είναι ταυτόχρονα και ο κόμβος έδρασης του κινητήρα. Επίσης με αυτή την στήριξη το σασί μπορεί να παραλάβει το πλευρικό φορτίο μέσω του ψαλιδιού χωρίς να κινδυνεύει η κατασκευή να λυγίσει και επέλθει αστοχία σε κάποιο σωλήνα. Οι σχεδιαστικές εναλλακτικές που υπάρχουν για ένα σύστημα διπλών ψαλιδιών είναι φυσικά πάρα πολλές, όσοι και οι πιθανοί συνδυασμοί των χαρακτηριστικών γωνιών και μηκών τους. Το ποια θα είναι βέλτιστη λύση για κάθε όχημα, εξαρτάται από τον χαρακτήρα του οχήματος (αγωνιστικό ή επιβατικό ή μεταφοράς μεγάλων φορτίων), το στόχο του σχεδιαστή, τις δυνατότητες χρήσης υλικών και φυσικά από ρεαλιστικής άποψης κοιτώντας το τα υπόλοιπα μέλη του οχήματος και τις θέσεις έδρασής τους. Η λύση τελικά βρέθηκε έπειτα από αρκετούς πειραματισμούς και ελέγχους κινηματικής λειτουργίας του μηχανισμού στο χώρο καθώς και ελέγχους δυνατότητας συνεργασίας του με τις αγωνιστικές σφαιρικές αρθρώσεις που υπάρχουν στο εμπόριο καθώς και ομαλής συνεργασίας του με το μουαγιέ, όπως και έλεγχο συμμόρφωσης με τους κανονισμούς της FSAE όσον αφορά το σασί και το σύστημα αναρτήσεων και διεύθυνσης. Πρέπει εδώ να σημειωθεί ότι κατά τη διαδικασία σχεδίασης του μηχανισμού, όσον αφορά τα μήκη και το πάχος των σωλήνων των διπλών ψαλιδιών, παράλληλα με την κινηματική του μηχανισμού γινόταν από ξεχωριστό μέλος της ομάδας ΑΡΤ-9 έλεγχος αντοχής των μελών των ψαλιδιών κατά την ακραία δυναμική κατάσταση μιας στροφής με ταυτόχρονη πέδηση. Ο έλεγχος έγινε με τη βοήθεια του ειδικού λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων της BETA CAE-Systems SA, ANSA και η επεξεργασία τους και προβολή τους με το λογισμικό μετα και ο συντελεστής ασφάλειας που συμφωνήθηκε από τις δύο υποομάδες και καθόρισε την αποδοχή ή μη μιας κατασκευαστικής εναλλακτικής βρίσκεται στο S=2. Παράλληλα με αυτόν τον υπολογισμό η σχεδιαστική ομάδα των αναρτήσεων πραγματοποίησε και στατικό υπολογισμό ελέγχου σε λυγισμό για όλους του βραχίονες των ψαλιδιών στην ίδια εντατική κατάσταση και προέβη σε σύγκριση αποτελεσμάτων. Μέσω αυτής της λογικής είναι εμφανές ότι οι σωλήνες που επιλέχθηκαν δεν έχουν ούτε την ίδια εξωτερική διάμετρο ούτε το ίδιο πάχος. Τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που επιλέχθηκαν τελικά θα παρουσιαστούν αναλυτικά στο επόμενο μέρος της εργασίας όπου γίνεται παρουσίαση των κατασκευαστικών λύσεων που δόθηκαν για τα μέλη της ανάρτησης. Ο υπολογισμός ελέγχου σε λυγισμό που πραγματοποιήθηκε περιγράφεται στο παράρτημα Β. Το σύστημα της ανάρτησης διπλών ανισομεγεθών ψαλιδιών που προέκυψε τελικά για τους δύο άξονες του ΑΡΤ-9 παρουσιάζεται στα επόμενα σχήματα: 117

119 Σχήμα 81: Απεικόνιση τελικής μπροστινής όψης του μπροστά άξονα. Σχήμα 82: Απεικόνιση τελικής πλάγιας όψης του μπροστά άξονα. 118

120 Σχήμα 83: Απεικόνιση τελικής ISO όψης του μπροστά άξονα. Σχήμα 84: Απεικόνιση τελικής μπροστινής όψης του πίσω άξονα. 119

121 Σχήμα 85: Απεικόνιση τελικής πλάγιας όψης του πίσω άξονα. Σχήμα 86: Απεικόνιση τελικής ISO όψης του πίσω άξονα. 120

122 Camber angle (deg) Camber angle (deg) Οι άνωθεν μηχανισμοί παρουσιάζουν τα ακόλουθα διαγράμματα μεταβολής της γωνίας Camber: Μεταβολή γωνίας Camber μπροστινού άξονα ΑΡΤ-9 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0, Wheel travel (mm) Σχήμα 87: Μεταβολή της γωνίας Camber μπροστινού τροχού με επιβολή κάθετης μετατόπισης του τροχού σε στατική γωνία 0 ο Μεταβολή γωνίας Camber πίσω άξονα ΑΡΤ-9 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1, Wheel travel (mm) Σχήμα 88: Μεταβολή της γωνίας Camber πίσω τροχού με επιβολή κάθετης μετατόπισης του τροχού σε στατική γωνία 0 ο Τρόπος αλλαγής Camber Η ομάδα έψαχνε έναν γρήγορο και αποτελεσματικό τρόπο αλλαγής γωνίας Camber ώστε να είναι πάντα έτοιμη για το κάθε αγώνισμα στον περιορισμένο χρόνο 121

123 που έχει ενδιάμεσα αυτών. Στην παρακάτω φωτογραφία φαίνεται και εξηγείται ο τρόπος που γίνεται η αλλαγή της Camber. Σχήμα 89: Απεικόνιση έδρασης μπροστινού πάνω ψαλιδιού στο μουαγιέ Στην φωτογραφία φαίνεται το μπροστά πάνω ψαλίδι να εδράζεται στο μουαγιέ μόνο με μία βίδα. Στην πάνω πλευρά του μουαγιέ, υπάρχει ένα έλασμα στο οποίο έχει φρεζαριστεί ένα αυλάκι. Το αυλάκι αυτό, αντιστοιχεί σε κάποια γωνία Camber και αναλόγως το που έχει φρεζαριστεί αυτό το έλασμα προκύπτει διαφορετική γωνία Camber στον τροχό. Παρακάτω φαίνονται τα ελάσματα που κατασκευάστηκαν από την ομάδα ώστε να πετύχει τις επιθυμητές γωνίες Camber. Σχήμα 90: Απεικόνιση ελασμάτων αλλαγής γωνίας camber. Η πορεία που ακολουθείται για την αλλαγή της γωνίας Camber είναι η παρακάτω. Αφού ξεβιδωθεί ο κοχλίας, ώστε να χαλαρώσει η διάταξη, έλκουμε το έλασμα ώστε να βγει από την διαμόρφωση που υπάρχει πάνω στο μουαγιέ. 'Επειτα εισάγουμε κάποιας άλλης γωνίας Camber το έλασμα (κάτι το οποίο θα μετακινήσει τον άξονα του μουαγιέ λόγω του διαφορετικού αυλακιού) και βιδώνουμε τον κοχλία. Στην κάτω μεριά του μουαγιέ, στο σημείο που εδράζεται το μπροστά κάτω ψαλίδι, έχει 122

124 γίνει ειδική διαμόρφωση, ώστε αλλάζοντας το πάνω μέρος του μουαγιέ, το κάτω να «κεντράρει» εκεί που πρέπει, απλά χαλαρώνοντας την σύσφιξη της κάτω διάταξης. Στην παρακάτω φωτογραφία φαίνεται ο άξονας ο οποίος μεταβάλλεται με την αλλαγή της Camber (κόκκινη γραμμή). Σχήμα 91: Απεικόνιση νοητού άξονα που μεταβάλλεται κατά την αλλαγή της γωνίας camber Επίσης όπως μπορούμε να δούμε από την παραπάνω φωτογραφία, το εξωτερικό σημείο του πάνω ψαλιδιού με το εξωτερικό σημείο του κάτω ψαλιδιού σχηματίζουν ένα νοητό άξονα. Πάνω σε αυτόν τον άξονα, εδράζεται και το εξωτερικό σημείο του μουαγιέ. Αυτό έχει σαν πλεονεκτήματα το ότι η δύναμη από το μοχλικό, μεταφέρεται στο μουαγιέ, κάτι το οποίο εκ κατασκευής είναι στιβαρό και δεν κινδυνεύει από λυγισμό, σε αντίθεση με τις στηρίξεις των μοχλικών από άλλες ομάδες, οι οποίες εδράζουν το μοχλικό στο κάτω ψαλίδι και εν γνώσει τους, εισάγουν δυνάμεις κάμψης στο κάτω ψαλίδι κάτι που σχεδιαστικά μπορεί να αποφευχθεί. Τα ίδια ακριβώς ισχύουν και για την πίσω ανάρτηση του μονοθέσιου. Άλλο πλεονέκτημα της σχεδίασης της συγκεκριμένης ανάρτησης, είναι η αυτόματη ευθυγράμμιση του τροχού, μετά από αλλαγή γωνίας Camber. Στις φωτογραφίες παρακάτω, της πίσω ανάρτησης, εξηγείται το πώς επιτυγχάνεται η αυτόματη ευθυγράμμιση (ισχύει ακριβώς το ίδιο και για την μπροστά). 123

125 Σχήμα 92: Απεικόνιση νοητού άξονα αυτόματης ευθυγράμμισης κατά την αλλαγή γωνίας camber. Στην αριστερή φωτογραφία φαίνεται σε πλάγια όψη ο νοητός άξονας (κόκκινη γραμμή) ανάμεσα στο σημείο που εδράζεται το μοχλικό και το σημείο όπου εδράζεται ο κατευθυντήριος μοχλός. Το σημείο περιστροφής του τροχού κατά την αλλαγή της γωνίας Camber είναι το σημείο όπου εδράζεται το μοχλικό στο μουαγιέ. Έχοντας τοποθετήσει το σημείο όπου εδράζεται ο κατευθυντήριος μοχλός στο ίδιο ύψος από το έδαφος, σχηματίζουμε έναν άξονα περιστροφής κατά την αλλαγή της Camber, παράλληλο με το έδαφος. Στην δεξιά φωτογραφία, βλέπουμε τον ίδιο άξονα σε κάτοψη. Ο άξονας πάλι, είναι παράλληλος με το κεντρικό επίπεδο του αυτοκινήτου. Με αυτές τις δυο όψεις καταλαβαίνουμε ότι κατά την αλλαγή της γωνίας Camber όλα περιστρέφονται γύρω από αυτόν τον νοητό άξονα (αυτός μένει σταθερός), οπότε η γωνία στροφής του τροχού μένει αμετάβλητη και για αυτό τον λόγο δεν χρειάζονται περαιτέρω ευθυγράμμιση οι τροχοί ) Σχεδιασμός και υπολογισμός συστήματος σχέσης μετάδοσης δυνάμεων μέσω ζυγόθρων. Προσδιορισμός μεγεθών και στιβαρότητας ελατηρίων και αποσβεστήρων του συστήματος ανάρτησης. Κατά την διάρκεια της σχεδίασης των ψαλιδιών, το σασί είχε φτάσει σε ένα ικανοποιητικό στάδιο σχεδίασης οπότε η ομάδα έψαχνε πιθανές λύσεις τοποθέτησης του μηχανισμού της διάταξης αμορτισέρ-κοκοράκι-μοχλικό στον μπροστά και πίσω άξονα του οχήματος ΑΡΤ-9. Δεδομένος ήταν πλέον ο τρόπος που κινείται στο χώρο ο τροχός μέσω της ολοκλήρωσης του συστήματος των ανισομεγεθών ψαλιδιών. Οπότε μένει να προσδιοριστεί το μέγεθος της κίνησης αναλογικά με το κάθετο φορτίο που θα δέχεται ο τροχός από τον δρόμο ή τη μεταφορά βάρους. Σε πρώτη φάση πραγματοποιήθηκαν αρκετοί χωροταξικοί σχεδιασμοί στο CAD πρόγραμμα Autodesk-Inventor, ώστε η ομάδα να καταλάβει πλήρως την λογική και κινηματική του μηχανισμού. Σε αυτό το στάδιο που ήταν πρωταρχικό δεν 124

126 πραγματοποιούνταν υπολογισμοί, καθώς γινόταν η κινηματική μόνο παρακολούθηση των προκυπτόντων μηχανισμών στο Inventor. Έπειτα κατέληξε η ομάδα στις πιθανές θέσεις έδρασης του μηχανισμού, όσον αφορά κυρίως την έδραση του άξονα του κοκοριού και του αμορτισέρ. Αυτές οι εναλλακτικές έπρεπε πλέον να μελετηθούν και υπολογιστικά και να αξιολογηθούν. Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο μηχανισμός του μοχλικού-κοκοριούαμορτισέρ θα πρέπει να κινείται σε ένα επίπεδο που ορίζεται από τα σημεία: Έδρασης του μοχλικού στο μουαγιέ Έδρασης του άξονα περιστροφής του κοκοριού στο σασί Έδρασης του αμορτισέρ στο σασί και να μην παρεκκλίνει κανένα μέλος από αυτό το επίπεδο κατά την στατική κατάσταση, έτσι ώστε στα μέλη του μοχλικού και αμορτισέρ να ασκείται καθαρός εφελκυσμός και θλίψη και στο κοκοράκι όσο το δυνατόν καθαρό στρεπτικό φορτίο κατά την τρισδιάστατη κίνησή τους. Βέβαια το μοχλικό κατά την κίνηση του τροχού στην κατακόρυφη διεύθυνση αποκλίνει ελαφρώς από αυτό το επίπεδο αναγκαστικά λόγω κινηματικής του μηχανισμού ασκώντας έτσι κάποια κάμψη στο κοκοράκι, αλλά η γωνία αυτή είναι αρκετά μικρή και έτσι τα καμπτικά φορτία του κοκοριού είναι περιορισμένα σε σχέση με τα στρεπτικά. Ακολουθεί το ΔΕΣ ενός τέτοιου μηχανισμού μετάδοσης κίνησης και επιβολής σχέσης μετάδοσης στο προαναφερθέν αυτό επίπεδο: Θλιπτικός μηχανισμός Μηχανισμός με χρήση «Push rod». Σχήμα 93: Υπολογισμός μηχανισμού κοκοριού (θλιπτικής λειτουργίας). 125

127 Εφελκυστικός μηχανισμός Μηχανισμός με χρήση «Pull rod». Σχήμα 94: Υπολογισμός μηχανισμού κοκοριού (εφελκυστικής λειτουργίας). Η κινηματική επίλυση αυτού του γεωμετρικού μηχανισμού υπό την επιβολή μιας κατακόρυφης δύναμης Fzt στο σημείο έδρασης του μοχλικού στο μουαγιέ και της ανάλογης βράχυνσης ή επιμήκυνσης του αμορτισέρ, δεδομένης της επιβαλλόμενης αντίστασης που ασκείται από το ελατήριο στην επιβολή της κίνησης, παρουσιάζεται πλήρως στο παράρτημα Α. Επόμενο βήμα ήταν ο σχεδιασμός και ο κινηματικός υπολογισμός του μηχανισμού αυτού έτσι ώστε η ομάδα να πετύχει την σταθερά ελατηρίου του τροχού που έχει ως στόχο. Πριν το σχεδιασμό και την αξιολόγηση του μηχανισμού τέθηκαν κάποιοι στόχοι και κριτήρια απόρριψης των προκυπτόντων μηχανισμών. Αυτοί είναι οι ακόλουθοι: Το ύψος του μονοθέσιου από το δρόμο σε στατική θέση και με τον οδηγό στη θέση του να είναι στα 80mm. Οπότε έπρεπε να υπολογιστεί η δύναμη που περνάει από τον τροχό και μέσω του μοχλικού και αποσβένεται στα αμορτισέρ. Το μονοθέσιο στον σχεδιασμό έχει υποθετική μάζα 315kg συμπεριλαμβανομένου του οδηγού και με την κατανομή βάρους 50%-50% μπροστά και πίσω αντίστοιχα, η δύναμη σε στατική κατάσταση που αντιστοιχεί σε κάθε τροχό είναι ίση με 750Ν (75kg αντιστοιχούν σε κάθε τροχό). Με τη βοήθεια του στατικού υπολογισμού με το μονοθέσιο ακίνητο ή σε στροφή είναι κανείς σε θέση να γνωρίζει τις δυνάμεις που ασκούνται πάνω στο μονοθέσιο κάθε στιγμή, όπως προαναφέρθηκε. Η ανάρτηση με το υπολογισμένο φορτίο από την στατική ανάλυση στο κεφάλαιο που θα δεχτεί ο τροχός σε μια τέτοια εντατική κατάσταση 126

128 στροφής δεν θα πρέπει να μπλοκάρει έτσι ώστε ο μηχανισμός να είναι αξιόπιστος και ασφαλής. θα πρέπει να είναι ομαλά μεταβαλλόμενη και να έχει αύξουσα κλίση όσο αυξάνει το επιβαλλόμενο φορτίο στον τροχό. Προτιμότερο θα ήταν η σταθερά του ελατηρίου του τροχού να έχει και μια μεταβαλλόμενη κλίση, όσο αυτό είναι δυνατό, έτσι ώστε στα μικρά φορτία να αντιδρά ο μηχανισμός σε μικρότερο βαθμό, σχεδόν αναλογικά, ενώ στα μεγάλα φορτία να ασκείται και μεγαλύτερη αντίσταση έτσι ώστε να απορροφώνται οι μεγάλοι κραδασμοί μεν αλλά στους μικρούς κυματισμούς της δύναμης να μην έχουμε έντονη άσκηση αντίστασης από την ανάρτηση και να προκύπτει ένα «ομαλό» αμάξι. Έχοντας τα παραπάνω υπόψιν, η ομάδα δοκίμασε διάφορες τροποποιήσεις του μηχανισμού, κυρίως ως προς τα σταθερά σημεία αυτού, μέχρι να καταλήξει σε έναν που να επιτυγχάνει στους περισσότερους από τους στόχους. Φυσικά δεν θα πρέπει να ξεχνάει κανείς ότι όπως και στο σχεδιασμό των ψαλιδιών, περιορισμοί επιβάλλονται και εδώ όσον αφορά τα χωροταξικά όρια έδρασης και σχεδιασμού του μηχανισμού λόγω κανονισμών της FSAE αλλά και συνεργασίας του μηχανισμού με τα υπόλοιπα μέλη του οχήματος. Η κινηματική υπολογιστική επίλυση αυτού του γεωμετρικού μηχανισμού υπό την επιβολή μιας κατακόρυφης δύναμης Fzt στο σημείο έδρασης του μοχλικού στο μουαγιέ και της ανάλογης βράχυνσης ή επιμήκυνσης του αμορτισέρ, δεδομένης της επιβαλλόμενης αντίστασης που ασκείται από το ελατήριο στην επιβολή της κίνησης, παρουσιάζεται πλήρως στο παράρτημα Α. Παρακάτω ακολουθούν κάποιες θέσεις από αυτές τις εναλλακτικές και οι αντίστοιχες σταθερές ελατηρίου τροχού που προέκυψαν από την κάθε εναλλακτική. 127

129 Force(kp) Σχήμα 95: Μηχανισμός push-rod μπροστινής ανάρτησης με σημείο περιστροφής κοκοριού σε ανώτερη θέση σε σχέση με την έδραση μοχλικού και αμορτισέρ στο κοκόρι. Ακολουθεί η προκύπτουσα σταθερά ελατηρίου τροχού για την θέση του παραπάνω μηχανισμού. Front Wheel Rate WheeL Travel(mm) Σχήμα 96: Δείγμα σταθερά ελατηρίου τροχού με καθοδική κλίση. Λόγω της μη αποδεκτής σταθεράς ελατηρίου αν και η θέση του μηχανισμού στον χώρο ήταν βέλτιστη, καθότι καταλάμβανε μικρό χώρο και επεκτεινόταν προς το έδαφος και εδραζόταν κοντά σε κόμβους, η λύση αυτή απορρίφθηκε. Η ίδια διαδικασία πειραματισμού για πιθανές θέσεις έδρασης έγινε και στον πίσω άξονα και παρακάτω βλέπουμε μία πρώτη εναλλακτική: Σχήμα 97: Έδραση του κοκοριού παρόμοια με εκείνη του οχήματος ΑΡΤ-7 και έδραση του αμορτισέρ χαμηλά στο πίσω μέρος του μονοθεσίου. Η λύση παρουσιάζει 128

130 Force(kp) ενδιαφέρον καθώς εδράζει τα αμορτισέρ σε χαμηλό ύψος κάτι θετικό για το ύψος του κέντρου βάρους. Ακολουθεί η προκύπτουσα σταθερά ελατηρίου τροχού για την θέση του παραπάνω μηχανισμού 350 Front Wheel Rate WheeL Travel(mm) Σχήμα 98: Δείγμα σταθεράς ελατηρίου τροχού. Αυτή η εναλλακτική επίσης απορρίφθηκε, όχι όμως λόγο της απόδοσής της αλλά επειδή χωροταξικά ο μηχανισμός δεν θα άφηνε τον απαραίτητο χώρο στην εξάτμιση του αυτοκινήτου που είχε σχεδιαστεί να περάσει από εκείνο το σημείο και ήταν κάτι αδιαπραγμάτευτο στο συνολικό σχέδιο. Μια ακόμα εναλλακτική για την πίσω ανάρτηση που προτάθηκε μα δεν χρησιμοποιήθηκε για λόγους απόδοσης, υψηλού κέντρου βάρους συνολικής κατασκευής και αδυναμίας ομαλής εξαγωγής του κινητήρα από το σασί εμφανίζεται στα δύο ακόλουθα στάδια σε πρωτόγονο ακόμα σχεδιαστικό επίπεδο: 129

131 Force(kp) Σχήμα 99: Στον εναλλακτικό αυτό σχεδιασμό τα αμορτισέρ εδράζονται στο σασί σε υψηλή θέση, και επιπλέον σε σχηματισμό «push rod». Ένα επιπλέον μειονέκτημα αυτής της σχεδίασης ήταν η δυσχέρεια στατικά σωστής έδρασης του κοκοριού στο σασί. Σχήμα 100: Σαφέστερη όψη εναλλακτικού σχεδιασμού με το αμορτισέρ εδρασμένο σε υψηλό σημείο του σασί. Front Wheel Rate WheeL Travel(mm) Σχήμα 101: Προκύπτον wheel rate για την άνωθεν εναλλακτική. Το διάγραμμα εμφανίζει έντονη γραμμικότητα. Μη μένοντας ικανοποιημένοι από τα αποτελέσματα και την απόδοση του μηχανισμού κυρίως στο πίσω μέρος της ανάρτησης, όπου η σχεδιαστική ελευθερία ήταν μεγαλύτερη αποφασίστηκε να πειραματιστεί η ομάδα με την εναλλακτική ενός μηχανισμού «pull rod», ο οποίος παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι του «push rod» όπως το γεγονός ότι το μοχλικό πλέον δέχεται θλίψη κατά τη λειτουργία 130

132 του όταν πιέζεται το αμορτισέρ, δηλαδή όταν ο τροχός ανυψώνεται, και επιπλέον ο μηχανισμός εδράζεται σε χαμηλότερο ύψος σε σχέση με έναν μηχανισμό «push rod» και άρα συμπαρασύρει το ύψος του κέντρου βάρους χαμηλότερα. Έπειτα από διάφορους πειραματισμούς κατέληξαν οι μηχανισμοί μοχλικούζυγώθρου-αμορτισέρ του μπροστά και πίσω άξονα και τα αντίστοιχα διαγράμματα ελατηρίου τροχού να είναι οι ακόλουθοι: Σύστημα ανάρτησης μπροστινού άξονα Σχήμα 102: Απεικόνιση τελικής διάταξης μπροστινής όψης της μπροστά ανάρτησης. Σχήμα 103: Απεικόνιση τελικής διάταξης πλαινής όψης της μπροστά ανάρτησης. 131

133 Σχήμα 104: Απεικόνιση τελικής διάταξης ISO όψης της μπροστά ανάρτησης. Σχήμα 105: Σταθερά ελατηρίου τροχού για μηχανισμό ανάρτησης στον μπροστινό άξονα του ΑΡΤ-9 μονοθεσίου οχήματος. Όπως είναι εμφανές σε στατική θέση (δηλαδή 0 wheel travel) η δύναμη στον τροχό είναι στα 75kp όπως είναι επιθυμητό και επιπλέον η κλίση του διαγράμματος είναι ανοδική. 132

134 Σύστημα ανάρτησης πίσω άξονα Σχήμα 106: Απεικόνιση τελικής διάταξης μπροστινής όψης της πίσω ανάρτησης. Σχήμα 107: Απεικόνιση τελικής διάταξης πλάγιας όψης της πίσω ανάρτησης. 133

135 Σχήμα 108: Απεικόνιση τελικής διάταξης ISO όψης της πίσω ανάρτησης. Σχήμα 109: Σταθερά ελατηρίου τροχού για μηχανισμό ανάρτησης στον πίσω άξονα του ΑΡΤ-9 μονοθέσιου οχήματος. Όπως είναι εμφανές σε στατική θέση (δηλαδή 0 wheel travel) η δύναμη στον τροχό είναι στα 75kp όπως είναι επιθυμητό και επιπλέον η κλίση του διαγράμματος είναι ανοδική αλλά μειονέκτημα είναι ότι είναι και σχεδόν απόλυτα γραμμική αν και η ομάδα πειραματίστηκε αρκετά προς αυτήν την κατεύθυνση. Προτείνεται στις επόμενες σχεδιαστικές ομάδες να κινηθούν προς αυτήν την κατεύθυνση της προοδευτικότητας αφιερώνοντας μεγάλο μέρος του 134

136 προγραμματισμένου χρόνου σχεδιασμού τους καθότι τα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας μορφής διαγράμματος είναι αδιαμφισβήτητα. Έπειτα από τον μακροχρόνιο και λεπτομερή σχεδιασμό και υπολογισμό του μηχανισμού αυτού, η ομάδα κατέληξε στα εξής συμπεράσματα: Μοχλικό: Το μήκος του επηρεάζει την αρχική θέση του ζυγώθρου και όσο αυξάνεται το μήκος του μεγαλώνει και η δύναμη που επιδρά στον τροχό. Γεωμετρία του ζυγώθρου: Όσο αυξάνεται η γωνία τόσο το διάγραμμα της σταθεράς ελατηρίου του τροχού τείνει να γίνει γραμμικό. Όσο αυξάνεται το μήκος e, τότε η δύναμη που επιδρά στον τροχό μικραίνει. Επίσης από τον υπολογισμό της σταθεράς ελατηρίου του τροχού προέκυψαν και οι σταθερές ελατηρίων των ελατηρίων που χρησιμοποιούνται για τα αμορτισέρ των αναρτήσεων στον μπροστινό και πίσω άξονα. Αυτές είναι οι ακόλουθες και προέκυψαν μέσω αναζήτησης ρεαλιστικών τιμών στην αγορά και της διαδικασίας try and error μέχρι να επιτευχθεί μια αποδεκτή λύση για το διάγραμμα της σταθεράς ελατηρίου του τροχού: Κ front = 62 N*mm με άσκηση 7mm προέντασης ελατηρίου Κ rear = 45 N*mm με άσκηση 5mm προέντασης ελατηρίου Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να τονιστεί στον μελλοντικό σχεδιαστή αναρτήσεων ότι η προένταση του ελατηρίου τέτοιου τύπου αμορτισέρ δεν θα πρέπει να ξεπερνά τα 10mm μήκος έτσι ώστε το ελατήριο να έχει μια σωστή και γραμμική συμπεριφορά. Το επόμενο βήμα ήταν η επιλογή των αμορτισέρ που θα χρησιμοποιηθούν στο μονοθέσιο και θα συνεργάζονται ομαλά με τα επιλεγμένα ελατήρια. Το μονοθέσιο της ΑΡΤ-7 είχε αμορτισέρ που δέχονταν μια σταθερή ρύθμιση απόσβεσης, δηλαδή η μπουκάλα του αμορτισέρ είχε μια πίεση λαδιού και ήταν προκαθορισμένη από τον κατασκευαστή, κάτι το οποίο έκανε /την λειτουργία του μη μεταβαλλόμενη. Η ομάδα αποφάσισε την αγορά αμορτισέρ μεταβλητής απόσβεσης έτσι ώστε να ρυθμίζεται ακόμα καλύτερα η συμπεριφορά και η «σκληρότητα» της ανάρτησης, αναλόγως το αγώνισμα και την πίστα που το μονοθέσιο θα αγωνίζεται. Αποσβεστήρες περιορισμένων διαστάσεων και δυνατοτήτων επιπέδου αγώνων FSAE αλλά ταυτόχρονα ρυθμιζόμενης πίεσης είναι οι αποσβεστήρες αγωνιστικών ποδηλάτων χωμάτινου δρόμου. Κατόπιν έρευνας αγοράς αμορτισέρ ποδηλάτων στις επιθυμητές διαστάσεις κατέληξε η ομάδα στη χρήση των ακολούθων: 135

137 Αποσβεστήρες μπροστινού άξονα: DHX RC x 2.25in διαδρομή και βάρος 447gr Αποσβεστήρες πίσω άξονα: DHX RC x 2.00in διαδρομή και βάρος 447gr 2.1.7) Σχεδιασμός συστήματος αντιστρεπτικής ράβδου Έχοντας πλέον πλήρως σχεδιασμένο όσον αφορά τη θέση του και τη λειτουργία του το σύστημα της ανάρτησης (διπλά ψαλίδια, άρα συγκεκριμένα roll centers, όπως και πλήρες σύστημα ζυγώθρων και άρα απόσβεσης δυνάμεων και συγκεκριμένη θέση και γεωμετρία ζυγώθρου) επαρκούν πλέον τα γνωστά δεδομένα για το σχεδιασμό ενός συστήματος έδρασης και λειτουργίας αντιστρεπτικής ράβδου για τους δύο άξονες του ΑΡΤ-9. Καθώς επιθυμητός στόχος σχεδιασμού είναι να προκύψει ένα όχημα «μαλακό» όσον αφορά την ανάρτησή του με ύπαρξη υπολογίσιμου κλυδωνισμού θεωρήθηκε απαραίτητο το όχημα της ΑΡΤ-9 να μπορεί να ρυθμιστεί κατάλληλα ως προς τη «σκληρότητά» του, οπότε μια αντιστρεπτική ράβδος και στους δύο άξονες θα ήταν εξυπηρετική σε μια τέτοια περίπτωση. Η αντιστρεπτική ράβδος είναι μία ράβδος-ελατήριο που συνήθως έχει σχήμα «Π» η ίδια ή είναι αποτελείται από σύστημα έδρασης ενός ευθύ άξονα με αρσενικά πολύσφηνα στις άκρες του (όπως και στην περίπτωση του ΑΡΤ-9) και δεν συνδέει τους τροχούς με το σασί, όπως όλα τα ελατήρια των αναρτήσεων με τον έναν ή τον άλλο τρόπο, αλλά συνδέει τον κάθε τροχό με τον αντιδιαμετρικό του στον ίδιο άξονα, με τέτοιον τρόπο έτσι ώστε όταν η ανάρτηση ενός τροχού συμπιεστεί, να μεταφερθεί η πίεση, μέσω της ελαστικότητας της ράβδου, και στην ανάρτηση του άλλου. Ανάλογα με τη δυστρεψία της ράβδου αυτής επηρεάζεται η αντίσταση του αυτοκινήτου στο φυγοκεντρικό κλυδωνισμό κατά τη διάρκεια μιας καμπής. Η αντιστρεπτική ράβδος μπορεί να περιορίσει τον κλυδωνισμό επειδή ωθεί το ελατήριο του εξωτερικού τροχού να συμπεριφέρεται σαν πιο σκληρό απ' όσο πραγματικά είναι, γιατί υποστηρίζεται από το ελατήριο του εσωτερικού τροχού, το οποίο χωρίς αυτήν θα ήταν ελάχιστα ή καθόλου φορτισμένο πραγματευόμενο μια καμπή με μεγάλη ταχύτητα. Έτσι σε επίπεδο σχεδιασμού, οι αντιστρεπτικές ράβδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ρυθμίσουν την οδική συμπεριφορά. Δεδομένου ότι η αντιστρεπτική ράβδος έχει αποκλειστικά ρυθμιστικό και βοηθητικό χαρακτήρα και δεν είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του μονοθεσίου θεωρήθηκε ότι θα ήταν πιο εξυπηρετικό να κατασκευαστεί αρχικά το μονοθέσιο και το σύστημα ανάρτησης, να δοκιμαστεί η μεταξύ τους συνεργασία και κατόπιν ανάλογα τα συμπεράσματα ως προς την προκύπτουσα σκληρότητα της ανάρτησης να κατασκευαστούν παραπάνω από μία αντιστρεπτικές ράβδοι (εφόσον αυτές κριθούν γενικά απαραίτητες) με διαφορετική διάμετρο η καθεμία, άρα και διαφορετική δυστρεψία, και να δοκιμαστούν στην πίστα. Επομένως σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ο πλήρης μηχανισμός έδρασης μιας αντιστρεπτικής ράβδου συγκεκριμένου μήκους και η κατασκευή της ίδιας της ράβδου έγινε μετά το σετ των πρώτων δοκιμών. Το σύστημα που προέκυψε για τον μπροστινό και πίσω άξονα της ανάρτησης αντίστοιχα είναι το ακόλουθο: 136

138 Σχήμα 110 : Σύστημα αντιστρεπτικής ράβδου στον μπροστινό άξονα του ΑΡΤ-9 σε iso όψη. Η μεταφορά της στρεπτική δύναμης μεταφέρεται μέσω συνεργασίας αρσενικού πολύσφηνου στην ίδια τη ράβδο και θηλυκού στο ενδιάμεσο μοχλό σύνδεσής της με το κοκοράκι του κάθε τροχού. Πρέπει να επισημανθεί ότι για το ομαλή μεταφορά δυνάμεων από τη ράβδο στο κοκοράκι (το κοκοράκι θα πρέπει όσο το δυνατόν να δέχεται δυνάμεις στο επίπεδό του και όχι υπό κλίση για να μην φορτίζεται σε επιπλέον κάμψη) ο βοηθητικός μοχλός πίεσης που σημειώνεται στο σχήμα 110 θα πρέπει να βρίσκεται όσο το δυνατόν επιτρέπει η κινητικότητα της κατασκευής, στο ίδιο επίπεδο που σχηματίζουν η βάση του αμορτισέρ-σημείο περιστροφής κοκοριού- βάση μοχλικού στο μουαγιέ για το οποίο έγινε αναφορά στο κεφάλαιο Αυτός είναι και ο μοναδικός επιπλέον σχεδιαστικός περιορισμός που αφορά το σύστημα έδρασης μιας αντιστρεπτικής ράβδου πλην φυσικά της μόνιμης επιθυμίας για μικρό βάρος. 137

139 Σχήμα 111: Σύστημα αντιστρεπτικής ράβδου στον μπροστινό άξονα του ΑΡΤ-9 σε εμπρόσθια όψη. Σχήμα 112: Πλάγια όψη συστήματος αντιστρεπτικής ράβδου μπροστινού άξονα του ΑΡΤ-9. Όσον αφορά το ίδιο σύστημα στον πίσω άξονα ο ρόλος μιας αντιστρεπτικής ράβδου είναι πανομοιότυπος με αυτόν της μπροστινής. Για εξοικονόμηση χώρου αποφασίστηκε από την ΑΡΤ-9 η αντιστρεπτική ράβδος να εδράζεται αλλά και να διαπερνά τον σωλήνα εκτάκτου ανάγκης, τον λεγόμενο «Jacking tube» που οφείλει από τους κανονισμούς να διαθέτει κάθε μονοθέσιο τύπου SAE και η θέση του επιβάλλεται επίσης από τους κανονισμούς. Έχοντας αυτό σαν δεδομένο, η έδραση της αντιστρεπτικής ράβδου έγινε σε δύο βάσεις στο σασί, στις οποίες συγκολλήθηκε και ο «Jacking tube». Αυτή η απόφαση μετέτρεψε την εισαγωγή και εξαγωγή της αντιστρεπτικής ράβδου σε μια διαδικασία σχετικά πιο χρονοβόρα από την αντίστοιχη του μπροστινού άξονα, αλλά δεδομένου ότι η πίσω ανάρτηση είναι σε διάταξη pull-rod οι επιλογές έδρασής της ήταν αναγκαστικά σε χαμηλό ύψος που θα δυσχέραινε την προσβασιμότητα της ράβδου. Το σύστημα της αντιστρεπτικής ράβδου του πίσω άξονα είναι εμφανές στα σχήματα που ακολουθούν: 138

140 Σχήμα 113: ISO όψη συστήματος αντιστρεπτικής ράβδου πίσω άξονα του ΑΡΤ-9. Σχήμα 114: Μπροστά όψη συστήματος αντιστρεπτικής ράβδου πίσω άξονα ΑΡΤ ) Σχεδιασμός συστήματος διεύθυνσης ) Επιλογή συστήματος διεύθυνσης και αιτιολόγηση Υπάρχουν, όπως προαναφέρθηκε ήδη στο πρώτο μέρος της εργασίας στο κεφάλαιο 1.2, τρεις πιθανοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να συμπεριφέρεται ένα σύστημα διεύθυνσης. Αυτοί είναι οι εξής: Ackermann Παράλληλο Anti-Ackermann 139

141 Όταν ένα όχημα στρίβει με πολύ χαμηλή ταχύτητα και δεν ασκούνται σε αυτό μεγάλες πλευρικές δυνάμεις, η ακτίνα στροφής θα είναι ακριβής μόνο όταν τα κάθετα διανύσματα των τροχών συναντιούνται σε ένα σημείο, το οποίο είναι ταυτόχρονα και το κέντρο της στροφής που διανύει το όχημα. Εφόσον οι πίσω τροχοί του οχήματος δεν στρίβουν, τα κάθετα διανύσματα των μπροστινών τροχών πρέπει να τέμνονται με την προέκταση της ευθείας που περνάει κατά μήκος του πίσω άξονα του οχήματος, στο κέντρο της στροφής που διανύει το όχημα. Η γωνία στροφής του εσωτερικού τροχού δ i είναι τότε μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του εξωτερικού τροχού δ o. Σε αυτήν την περίπτωση δηλαδή ο εσωτερικός τροχός του οχήματος διανύει μεγαλύτερη γωνία στροφής από τον εξωτερικό τροχό ενώ το όχημα πραγματεύεται μια συγκεκριμένη καμπή. Αυτή η γεωμετρία στροφής και ο συνδυασμός των τροχών είναι το Ackermann σύστημα διεύθυνσης. Όταν όμως η ταχύτητα αυξάνει, στους πίσω τροχούς αναπτύσσεται επιπλέον και μια γωνία πλαγιοπορείας οπότε το Ackermann σύστημα διεύθυνσης δεν είναι πια ρεαλιστικό. Στο παρακάτω σχήμα περιγράφονται οι διαφορές ανάμεσα στα 3 διαφορετικά συστήματα διεύθυνσης. Σχήμα 115: Απεικόνιση πιθανών διατάξεων συστημάτων διεύθυνσης και Ackermann συστήματος διεύθυνσης με την κρεμαγιέρα πίσω από το νοητό άξονα των tie-rods. Όπως γίνεται αντιληπτό από το σχήμα, στο παράλληλο σύστημα διεύθυνσης, οι ρόδες στρίβουν με την ίδια γωνία στροφής, δηλαδή δ i =δ o ενώ στο anti-ackermann ο εξωτερικός τροχός στρίβει σε μεγαλύτερη γωνία από τον εσωτερικό, δηλαδή ισχύει ότι δ ο > δ ι. Λόγω του ότι οι πίσω τροχοί έχουν αναπτύξει μια γωνία πλαγιοπορείας εφόσον η ταχύτητα είναι αυξημένη, το στιγμιαίο κέντρο στροφής του οχήματος έχει μετακινηθεί προς τον μπροστινό άξονα ενώ πριν που πραγματευόταν μια στροφή με μικρή ταχύτητα το ίδιο κέντρο βρισκόταν στην προέκταση της ευθείας του πίσω άξονα. Τα πλευρικά φορτία κατά την διάρκεια της στροφής, ωθούν τον εξωτερικό τροχό να αναπτύσσει μεγαλύτερη γωνία πλαγιοπορείας από τον εσωτερικό. Γι αυτόν τον λόγο αν ο εσωτερικός τροχός έχει στρίψει παραπάνω από τον εξωτερικό (Ackermann), τότε ο εσωτερικός τροχός θα βρίσκεται σε μεγαλύτερη γωνία 140

142 πλαγιοπορείας, οπότε θα καθυστερεί το όχημα καθώς αυτός θα γλιστράει στο οδόστρωμα. Αυτή είναι και η αιτία για το ότι σε τέτοιου είδους αγωνιστικά οχήματα με αυξημένα πλευρικά φορτία λόγω αυξημένης ταχύτητας, δεν χρησιμοποιείται η Ackermann διάταξη στο σύστημα διεύθυνσης, αλλά η παράλληλη ή ακόμα και η anti- Ackermann (όπως για παράδειγμα στα αγωνιστικά μονοθέσια τύπου Formula 1) με στόχο την εξισορρόπηση των γωνιών πλαγιοπορείας στους τροχούς του οχήματος και τελικά την επίτευξη μικρότερων χρόνων πορείας στην αγωνιστική πίστα. Σε αυτό το συμπέρασμα που συμφωνεί με τη γενική βιβλιογραφία κατέληξε και η ομάδα στο πρώτο μέρος της εργασίας αυτής, όταν κλήθηκε να αξιολογήσει ποιο σύστημα διεύθυνσης θα έπρεπε να υιοθετηθεί στο καινούριο μονοθέσιο ΑΡΤ-9. Το μονοθέσιο όχημα ΑΡΤ-7 είχε μεταβλητό σύστημα διεύθυνσης (με την βοήθεια ενός μηχανισμού ο οποίος άλλαζε την σχετική κίνηση του μουγιέ, μέσω του κατευθυντήριου μοχλού, με την κρεμαριέρα με σκοπό την ρύθμιση της δυναμικής συμπεριφοράς του οχήματος για το κάθε αγώνισμα. Πλέον, στο καινούργιο μονοθέσιο η ομάδα έκρινε πως αυτό δεν είναι απαραίτητο καθώς ο επιπρόσθετος μηχανισμός προσθέτει βάρος στο όχημα. Μετά από την ανάλυση του πρώτου μονοθέσιου στο MSC.Adams/Car, διαπιστώθηκε ότι το πρώτο μονοθέσιο θα ήταν πιο αποδοτικό αν χρησιμοποιούσε παράλληλο σύστημα διεύθυνσης. Πιο συγκεκριμένα το μονοθέσιο γινόταν πιο ευέλικτο πραγματοποιώντας πιο γρήγορα απότομες μανούβρες, οι χρόνοι ήταν ταχύτεροι και με μοναδικό μειονέκτημα την αυξημένη ροπή που προσέδιδε το τιμόνι στα χέρια του οδηγού. Με βάση αυτά τα δεδομένα, η ομάδα αποφάσισε να κινηθεί προς την κατεύθυνση του παράλληλου συστήματος διεύθυνσης στο καινούργιο μονοθέσιο ΑΡΤ-9, έτσι ώστε να το κάνει πιο ανταγωνιστικό καθώς ο στόχος πλέον ήταν να επιτευχθεί μια συνολική θέση μέσα στην πρώτη δεκάδα στο πρωτάθλημα της FSAE ) Γεωμετρικός σχεδιασμός συστήματος διεύθυνσης Η σχεδίαση του καινούργιου συστήματος διεύθυνσης αποτελείται από τα εξής βασικά βήματα: Αρχικά γίνεται η επιλογή της θέσης του κατευθυντήριου μοχλού πάνω στο μουαγιέ του μπροστινού άξονα. Ο μοχλός στρέψης του τροχού είθισται να τοποθετείται στα σημεία του μουαγιέ που επισημαίνονται στο ακόλουθο σχήμα: 141

143 Σχήμα 116: Γεωμετρία του Kingpin άξονα. Όπως είναι εμφανές το σημείο έδρασης του κατευθυντήριου μοχλού τοποθετείται στο τρίτο ή τέταρτο τεταρτημόριο σε πλάγια όψη του τροχού. Αυτό σύμφωνα με βιβλιογραφία είναι επιθυμητό διότι εδράζοντας εκεί τον μοχλό ωθείται το όχημα προς μια υποστροφική συμπεριφορά. Σχεδιάστηκε λοιπόν η έδραση του μοχλού στο μουαγιέ στο τρίτο τεταρτημόριο, δηλαδή ο τροχός «ωθείται» να στρίψει προς το κέντρο της στροφή και δεν «έλκεται» από την κρεμαριέρα. Ο μοχλοβραχίονας που προκύπτει μεταξύ του σημείου έδρασης του κατευθυντήριου μοχλού στο μουαγιέ και του kingpin άξονα προεκτείνεται και έτσι προκύπτει ένα σημείο τομής αυτής της προέκτασης με το κεντρικό επίπεδο. Αυτό το σημείο είναι καθοριστικό για το ποσοστό Ackermann του συστήματος διεύθυνσης, δηλαδή το ποσοστό παραλληλότητας που θα έχουν ο εσωτερικός και εξωτερικός τροχός πραγματευόμενοι μια στροφή. Αυτή η διαδικασία φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα: 142

144 Σχήμα 117: Σημείο τομής μοχλοβραχίονα με κεντρικό επίπεδο. Όσο πιο απομακρυσμένο είναι το σημείο τομής από τον άξονα, τόσο προσεγγίζεται το παράλληλο σύστημα διεύθυνσης, μέχρι να καταλήξει να μην υπάρχει καθόλου σημείο τομής (τείνει στο 100% Παράλληλο) Σχήμα 118: Προέκταση νοητού άξονα του μοχλοβραχίονα στην ART-9 Οι μοχλοβραχίονες του συστήματος διεύθυνσης είναι εμφανές ότι τοποθετήθηκαν στο ΑΡΤ-9 παράλληλα με το xz-επίπεδο του οχήματος. Δεν είναι αρκετό αυτό όμως για ένα πλήρες παράλληλο σύστημα διεύθυνσης. Σε επόμενο στάδιο πρέπει να αποσαφηνιστεί που θα τοποθετηθεί στο yzεπίπεδο ο άξονας της κρεμαριέρας. Εάν αυτός σχεδιαστεί πάνω στον νοητό άξονα που προκύπτει από τους αντικριστούς κατευθυντήριους τροχούς τότε το σύστημα διεύθυνσης θα συμπεριφέρεται με 100% παραλληλότητα. Σε αυτό το σημείο ωστόσο και πριν καταλήξει ο σχεδιαστής στο τελικό σημείο έδρασης της κρεμαγιέρας στο yz- επίπεδο πρέπει να ληφθεί υπόψιν και ένας ακόμα σημαντικός παράγοντας ως προς την απόδοση του συστήματος διεύθυνσης και συγκεκριμένα αυτός της σύγκλισης του τροχού λόγω αναπήδησης ή αλλιώς του λεγόμενου «bump steering». Η κατακόρυφη μετατόπιση του τροχού κατά την κίνηση του οχήματος έχει σαν αποτέλεσμα την περιστροφή του ως προς τον άξονα περιστροφής του κατά μια γωνία δ b. Η ύπαρξη αλλά και το μέγεθος της γωνίας δ b είναι καθοριστικής σημασίας ως προς την οδική συμπεριφορά του οχήματος καθώς μπορεί να το εκτρέψει από την επιθυμητή του πορεία εν αγνοία του οδηγού. Η γωνία αυτή είναι συνήθως αποτέλεσμα κακής σχεδίασης της ανάρτησης και σπανιότερα συνειδητή επιλογή με στόχο τη βελτίωση της οδικής συμπεριφοράς, όπως πχ. μια παθητική τετραδιεύθυνση. Εμφάνιση της δ b προκαλείται όταν ο μηχανισμός του συστήματος διεύθυνσης έχει διαφορετικό στιγμιαίο πόλο περιστροφής από αυτόν του μηχανισμού 143

145 της ανάρτησης, που περιγράφηκε το πώς προκύπτει στο κεφάλαιο Σαν αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου το όχημα διαγράφει καμπύλη πορεία με ακτίνα καμπυλότητας διαφορετικής της επιθυμητής όταν στρίβει ή ακόμα χειρότερα εκτρέπει από την ευθεία πορεία όταν κινείται ευθύγραμμα. Επομένως θα πρέπει να μεριμνήσει ο σχεδιαστής έτσι ώστε το φαινόμενο του «bump steering» να ελαχιστοποιηθεί. Επόμενο βήμα κατά το σχεδιασμό του συστήματος διεύθυνσης, και έχοντας πλέον υπόψιν του ο σχεδιαστής το φαινόμενο του «bump steering» είναι η σχεδίαση του κατευθυντήριου μοχλού (tierod), ο οποίος συνδέει το μουαγιέ με την κρεμαριέρα. To εσωτερικό σημείο του κατευθυντήριου μοχλού (δηλαδή το άκρο του προς τη μεριά του σασί και όχι του μουαγιέ) οφείλει να βρίσκεται σε στατική θέση πάνω στο επίπεδο που ορίζεται από τον άξονα που σχηματίζει η τομή των επιπέδων των δύο ψαλιδιών του τροχού και το σημείο που εδράζεται ο κατευθυντήριος μοχλός πάνω στο μουαγιέ, με στόχο την ελαχιστοποίηση του φαινομένου του «bump steering». Έχοντας πλέον σταθερό το σημείο έδρασης του tierod στο μουαγιέ και προσδιορίζοντας και το γεωμετρικό τόπο που μπορεί να βρίσκεται το δεύτερό του άκρο ο σχεδιαστής μπορεί να προσδιορίσει την ακριβή θέση της κρεμαριέρας, με βάση το ποσοστό Ackermann που θα θέλει να έχει το όχημα. Αν οι μοχλοί στρέψης δεν μπορούν να τοποθετηθούν παράλληλα με το κεντρικό επίπεδο λόγω χωροταξικού κολλήματος ή οποιουδήποτε άλλου λόγου, πάλι μπορεί να προκύψει παράλληλο σύστημα διεύθυνσης, τοποθετώντας την κρεμαριέρα στο κατάλληλο σημείο (αλλά πάντα πάνω στο επίπεδο μηδενικού bump steering) έτσι ώστε όταν οι τροχοί στρίβουν, να στρίβουν με τις ίδιες μοίρες. Γνωρίζοντας πλέον όλα τα απαραίτητα σημεία στο χώρο που προαναφέρθηκαν, η κρεμαριέρα έπρεπε να τοποθετηθεί πάνω στο συγκεκριμένο επίπεδο και με τρόπο έτσι ώστε να επιτυγχάνεται το επιθυμητό ποσοστό Ackermann. Έτσι και ακολουθήθηκε η μέθοδος αυτή μετακινώντας την πάνω στο επίπεδο του μηδενικού bump steering και προς την κατεύθυνση του πίσω άξονα. Μετά από αρκετές δοκιμές που πραγματοποίησε η ομάδα προέκυψε το παρακάτω διάγραμμα με ένα δείγμα από τις πιθανές θέσεις μηδενικού bump steering: 144

146 Outer wheel Steer Angles Inner wheel Position1 Position 2 Position 3 Parallel Position 4 Positioin 5 Position 6 Position 7 with smaller steering arm Position 8 with smaller steer arm Position 9 Parallel ART2009 Full Ackerman Σχήμα 119: Πιθανοί συνδυασμοί κρεμαριέρας-μοχλοβραχίονα Στόχος της ομάδας ήταν να σχεδιάσει ένα σύστημα διεύθυνσης παράλληλο, οπότε επιλέχτηκε η κίτρινη καμπύλη ( Parallel ART-2009), η οποία έδινε το επιθυμητό αποτέλεσμα. Παρουσιάζεται ακολούθως το ζεύγος γωνιών στροφής των τροχών σε μια στροφή του τιμονιού συγκεκριμένη, όπως προκύπτει από στο CAD-πρόγραμμα Inventor, όπου και σχεδιάστηκε και δοκιμάστηκε η γεωμετρία του συστήματος διεύθυνσης. 145

147 Σχήμα 120: Στροφή τροχών για ανάλογη στροφή τιμονιού. Για στροφή του τιμονιού στις 90 ο δεξιόστροφα, οι δυο τροχοί στρίβουν στις ίδιες μοίρες. Σχήμα 121: Απεικόνιση εμπρόσθιας όψης τελικής διάταξης συστήματος διεύθυνσης. 146

148 Σχήμα 122: Απεικόνιση πλάγιας όψης τελικής διάταξης συστήματος διεύθυνσης. Σχήμα 123: Απεικόνιση iso όψης τελικής διάταξης συστήματος διεύθυνσης. 147

149 Αφού η ομάδα τέλειωσε με την σχεδίαση του συστήματος διεύθυνσης του κατευθυντήριου άξονα, επόμενο βήμα ήταν η σχεδίαση της ράβδου συγκλίσεωςαποκλίσεως στον πίσω άξονα του μονοθέσιου. Η λογική στην σχεδίαση είναι ακριβώς η ίδια με μπροστά, καθώς και πίσω πρέπει να ελαχιστοποιήσουμε την επίδραση του φαινομένου «bump steering». Επιπλέον, ο μοχλοβραχίονας της σύγκλισης στο μουαγιέ πρέπει να σχεδιαστεί όσο το δυνατόν πιο παράλληλος με το xz-επίπεδο του μονοθέσιου, έτσι ώστε οι δυνάμεις που θα παραλαμβάνει ο μοχλός σύγκλισης να είναι όσο το δυνατόν εφελκυστικές ή θλιπτικές. Επιπλέον, όσο πιο μακριά από το κέντρο του τροχού γίνει η έδραση του μοχλού σύγκλισης στο μουαγιέ, τόσο μικρότερη θα είναι η ροπή που αναπτύσσεται πάνω στο μοχλό αυτόν, άρα και η δύναμη που θα μεταφέρεται μέσω αυτού στο χωροδικτύωμα. Σχήμα 124: Απεικόνιση κάτοψης τελικής διάταξης πίσω ανάρτησης. Σχήμα 125: Λεπτομέρεια μοχλού σύγκλισης του πίσω άξονα του ΑΡΤ

150 Σχήμα 126: Δυνατότητα μεταβολής της σύγκλισης των πίσω τροχών του οχήματος, μέσω χρήσης διπλών αντίθετων σπειρωμάτων στο μοχλό σύγκλισης 2.3) Κατασκευή και προετοιμασία συγκολλήσεων συστημάτων ανάρτησης και διεύθυνσης ) Λεπτομερής σχεδιασμός τεμαχίων προς κατασκευή και προετοιμασία συγκόλλησής τους. Ψαλίδια, μοχλικά-μοχλοί διεύθυνσης, ζύγωθρα, αντιστρεπτική ράβδος. Κατασκευή ψαλιδιών Εφόσον είχε ολοκληρωθεί πλέον η γεωμετρική σχεδίασή των μελών που συμμετέχουν στο σύστημα ανάρτησης, έπρεπε να βρεθεί ένας τρόπος, ώστε κατά την κατασκευή τους και επομένως και συγκόλλησή τους να μην χάσουν την επιθυμητή γεωμετρία τους. Έτσι και για την κατασκευή των ψαλιδιών στα επιθυμητά μήκη και επίπεδα χρησιμοποιήθηκε ειδική ιδιοσυσκευή, η οποία θα εξασφάλιζε την ακρίβεια στην κατασκευή που ήθελε η ομάδα. Μέσω του CAD προγράμματος Inventor, η ομάδα ήταν σε θέση να σχεδιάσει λεπτομερώς την ιδιοσυσκευή και αυτή να κοπεί αργότερα με χρήση laser cut ώστε να μην αποκλίνει καθόλου από την αρχική σχεδίαση. Για περεταίρω ακρίβεια με τη χρήση του laser cut σημειώθηκαν στην κατασκευή τα απαραίτητα ακριβή κέντρα σημαντικών οπών που θα χρησιμοποιούνταν και η διάνοιξη της συνολικής οπής για τη συναρμολόγηση επί της ιδιοσυσκευής έγινε στο μηχανολογικό εργαστήριο του ΕΣΜΜΣ. Σε αυτό το μοτίβο και σε κομμάτια που το laser cut δεν μπορούσε επιφάνειες επαφής επαρκούς ποιότητας επαναφρεζαρίστηκαν στο μηχανολογικό εργαστήριο του ΕΣΜΜΣ εξίσου. Αφού πλέον η προετοιμασία της ιδιοσυσκευής αυτής καθεαυτής ήταν έτοιμη, τοποθετήθηκαν πάνω στην ιδιοσυσκευή και ασφαλίστηκαν τα επιμέρους μέλη που συναρμολογούν το ψαλίδι. Αυτά είναι τα ακόλουθα: 149

151 Δύο βραχίονες του κάθε ψαλιδιού οι οποίοι μέσω του Inventor μετρήθηκαν και κόπηκαν στις διαστάσεις που σχεδιάστηκαν Δύο κωνικά μέλη στην κορυφή του βραχίονα, τα οποία κατασκευάστηκαν σε τόρνο και ο λόγος που χρησιμοποιούνται είναι να κάνουν πιο στιβαρή την εφαρμογή των βραχιόνων στη ροδέλα της σφαιρικής άρθρωσης ώστε να συγκολληθούν τα δύο μέλη μεταξύ τους επαρκώς Τρεις κυλινδρικές ροδέλες στις κορυφές του τριγώνου του ψαλιδιού, οι οποίες εδράζουν τις τρείς αγωνιστικές σφαιρικές αρθρώσεις του ψαλιδιού Σχήμα 127: Ιδιοσυσκευή συγκόλλησης ψαλιδιού. Τέσσερα διαφορετικά ψαλίδια που απαρτίζουν το σύστημα ανάρτησης εδρασμένα και έτοιμα προς συγκόλληση στις ιδιοσυσκευές συγκόλλησής τους. Παρακάτω ακολουθεί το μπροστά πάνω ψαλίδι αποσυναρμολογημένο και μπορούμε να διακρίνουμε τα κομμάτια από τα οποία αποτελείται όπως επίσης πιο κάτω και η ιδιοσυσκευή η οποία χρησιμοποιήθηκε για να συγκολληθούν τα ψαλίδια. 150

152 Σχήμα 128: Αποσυναρμολογημένη όψη ψαλιδιού Η ίδια λογική στην συναρμολόγηση ακολουθείται για όλα τα ψαλίδια του μονοθέσιου. Σχήμα 129: Αποσυναρμολογημένη όψη ιδιοσυσκευής συγκόλλησης ψαλιδιού Αφού οι πλάκες των ιδιοσυσκευών κόπηκαν με Laser πλέον η ομάδα μπορούσε να ξεκινήσει την συναρμολόγηση των κομματιών του κάθε ψαλιδιού πάνω σε αυτές. Πρώτα, πάνω στην πλάκα τοποθετούνται οι κυλινδρικοί αποστάτες (σχήμα 113) στους οποίους πάνω κεντράρουν τα 151

153 κυλινδράκια έδρασης των σφαιρικών(σχήμα 112). Έπειτα εισάγονται τα κωνάκια στην άκρη από κάθε βραχίονα (σχήμα 112) και μετά οι δυο βραχίονες πάνω στην πλάκα (σχήμα 113). Με τις ειδικά διαμορφωμένες βάσεις συγκρατούμε τους βραχίονες στην σωστή θέση και με την βοήθεια των κοχλιών, των ροδελών και των περικοχλίων προεντήνουμε την διάταξη (σχήμα 113). Αν έχουμε διαφορετικής διατομής βραχίονες, χρησιμοποιούνται αποστάτες για να φέρουν στο σωστό ύψος τον βραχίονα. Στην κορυφή κάθε ψαλιδιού μια ροδέλα, ο κοχλίας και από κάτω το περικόχλιο μας εξασφαλίζουν οτι οι κύλινδροι έδρασης των σφαιρικών θα παραμείνουν στην θέση τους κατά την φάση της συγκόλλησης (σχήμα 113). Αφού ολοκληρωθεί η συγκόλληση και μόλις η θερμοκρασία επανέλθει σε αυτή του περιβάλλοντα χώρου γίνεται η αποσυναρμολόγηση του ψαλιδιού από την ιδιοσυσκευή. Κατασκευή μοχλικών (pull rods-push rods) και κατευθυντήριων μοχλών (tierods) Τα μοχλικά και οι κατευθυντήριοι μοχλοί των τροχών στον μπροστινό και πίσω άξονα αποτελούνται από: Έναν κεντρικό βραχίονα, ο οποίος κόπηκε στο κατάλληλο μήκος με βάση το σχεδιασμό του στο Inventor Δύο κυλινδρικά μέλη με εσωτερικό σπείρωμα ένα δεξιόστροφο και ένα αριστερόστροφο αντίστοιχα στο οποίο βιδώνονται οι σφαιρικές αρθρώσεις με σπείρωμα (rod ends) και επιτρέπουν την επιμήκυνση ή βράχυνση του μέλους κατά την περιστροφή των rod ends Δύο σφαιρικές αρθρώσεις με σπείρωμα με δεξιόστροφο και αριστερόστροφο σπείρωμα (rod ends) και είναι αυτά που εμπεριέχουν την σφαιρική άρθρωση Δύο αριστερόστροφα και δεξιόστροφα περικόχλια για ασφάλιση της σύνδεσης μέσω σπειρώματος Σχήμα 130: Αποσυναρμολογημένη όψη ενός κατευθυντήριου μοχλού ή μοχλικού 152

154 Σχήμα 131: Ιδιοσυσκευή συγκόλλησης κατευθυντήριου μοχλού ή μοχλικού Αφού ο βραχίονας κοπεί στο κατάλληλο μήκος τότε τοποθετείται μαζί με τα κυλινδράκια με τα εσωτερικά σπειρώματα πάνω στην ιδιοσυσκευή, συγκρατούνται με τις ειδικές βάσεις συγκράτησης του βραχίονα και ξεκινάει η διαδικασία της συγκόλληση&si