Estimering av normalkrafter på däck i en Formula Student-bil - Estimation of Tyre Normal Forces in a Formula Student Car

Abstract

En korrekt estimering av vertikala normalkrafter på ett fordons hjul är avgörande för optimal vridmomentfördelning och maximalt väggrepp i en fyrhjulsdriven Formula Student-bil. Den nuvarande modellen som används inom Chalmers Formula Student (CFS) har inte tidigare validerats mot referensdata eller jämförts med alternativa modellansatser. Syftet med detta kandidatarbete är att bedöma noggrannheten hos den nuvarande modellen för normalkraftsestimering vid olika körfall, samt att jämföra om alternativa fysikbaserade modeller kan ge förbättrade resultat. Arbetet ger CFS underlag för val av estimeringsmodell i framtida utveckling av bilen. Arbetet omfattar implementering av den nuvarande modellen, en helfordonsmodell som tar hänsyn till bland annat fordonets karossrörelser och en fjädermodell som bygger på fjädringssystemets vertikala rörelser. Modellerna har utvärderats genom simulerade körfall som omfattar bland annat en Endurance-bana samt olika manövrer på en raksträcka och en cirkelbana. Resultaten jämförs med referensdata från IPG CarMaker och analyseras utifrån felmått. Studien visar att mer avancerade modellstrukturer inte nödvändigtvis förbättrar noggrannheten vid dynamiska manövrer.

Accurate estimation of vertical tyre normal forces is essential for optimal torque distribution and maximum grip in a four-wheel-drive Formula Student vehicle. The model currently used within Chalmers Formula Student (CFS) has not previously been validated against reference data, nor compared to alternative modelling approaches. The purpose of this bachelor thesis is to assess the accuracy of the current model for normal force estimation across different driving scenarios, and to compare whether alternative physics-based models can provide improved results. The thesis provides CFS with a basis for selecting an estimation model in the future development of the vehicle. The work includes implementation of the current model used by CFS, a full-vehicle model that accounts for body motions among other effects, and a suspension model based on the vertical motions of the suspension system. The models were evaluated through simulated driving scenarios including an Endurance track as well as various manoeuvres on a straight road and a circular track. The results are compared with reference data from IPG CarMaker and analysed using error metrics. The study shows that more advanced model structures do not necessarily improve accuracy during dynamic manoeuvres.