Optimizing the McPherson Characteristics

Kinematic of a McPherson Strut

Introduction

In this Project, I want to show you basic approach to the optimizing a McPherson suspension system. Firstly, a kinematic chain of the suspension was created in MSC. Adams/View and than all the input parameters were transported into MSC. Adams/Car to perform a parallel wheel and opposite wheel travel analysis. The Coordinate System in MSC. Adams/View is not universal, so the input parameters were converted during the importing into the MSC. Adams/Car. In Adams/Car X axis is given for the longitudinal, Y axis for the lateral and Z axis for the vertical.

Before the building the kinematic chain of the McPherson Strut, the points were created, where the joints are going to be, thus they can be set as design variable. An important feature of this joints is simultaneous movement of the joint and the one side of the part. This means, if a point is manipulated in one direction, the joint of the related part is manipulated together.

In this mechanism 8 points were created and the movements of the 6 of them in 3 direction are important, so there are 18 design variable in this project. The influences of these 18 design variables are discovered. The design variables with small influences are negligible. The simulations are performed in 1 second and 15 steps.

 

 

Control arms and naming of the components

 

 Design Variables

For each of the Point 1 and point 3 a bushing, for each of the point 2, 6 and 7 a spherical joint and for the point 5 a translate joint (for the restriction of the rebound) is given.

 

Range of the design variables

Wheelbase

The center of mass of the wheel hub is 579.3765mm in z axis. This is initial value of the wheel hub. During the simulations from bound to rebound it is investigated how wheelbase changes. Generally minimum changes are better to avoid of the friction of the tire and longitudinal stability of the vehicle (Fzg. 6-41a).


DV2, DV5, DV8, DV12, DV15

Influence of the DV2 to the wheelbase with time

DV2 caused a 1.6 mm displacement on the wheelbase, so combined iteration of the wheelbase is going to include DV2. It’s searched for the variables which are massive influence on the suspension characteristics.

Influence of the DV5 to the wheelbase with time

Influence of the DV8 to the wheelbase with time

 

Influence of the DV12 to the wheelbase with time

 

 

 

 

 

DV1,DV3, DV4, DV6, DV7, DV9, DV10, DV11, DV13, DV17, DV18

Influence of the DV1 to the wheelbase with time

The graph shows, DV1 has no influence on the wheelbase, so first design variable is negligible for the wheelbase.

 

 

 

 

Denemeler için gerekli verilerin programa girilmesi

 

 

Aks Genişliği için Birleşik İterasyonların Yapılması

 

Bu kısımda bir önceki başlık altında bulunan değerlerin birbirlerine göre olan etkileşimleri göz önüne alınacaktır. Yani DV2, DV5, DV8, DV12 ve DV13 ayrı ayrı incelendiğinde mekanizmaya etkileri bulunmuştu. DV2’nin değeri değiştirildiğinde DV5, DV8, DV12 ve DV13 istenilen değerleri istenilen şekilde sağlamayabilir. O yüzden bütün bu değişkenlerin değişimleri süresince diğer değerlerin ve ana sonucun incelenmesi gerekmektedir. Örnek verilecek olursa. Adams/View programı DV2’nin çalışma aralığı boyunca DV5, DV8, DV12 ve DV13’ü deneyecektir. DV2’nin ilk değerinde diğerlerinin iterasyonunu yani olası bütün kombinasyonlarını hesaplayacaktır. Bu işlemin sonucunda elde edilen veriler süspansiyonun bu karakteristiği için en uygun değerler olacaktır ve içlerinden uygun olan sonuçlar tespit edilecektir. Bu işlemler diğer süspansiyon karakteristikleri için de aynı şekilde uygulanacaktır.

Tasarım değişkenlerinin birbirlerine göre denenmesi

 

Yukarıdaki deneme sonuçlarında 23. Deneme bulunan en yüksek değerdir. Yani söz konusu tasarım değişkenleri yukarıda belirtilen noktalara getirilir ise, simülasyon sırasında Part4’ün ağırlık merkezindeki işaretçisi 579.3765 mm’den en fazla 558.32 mm’ye gelecektir.

 

Camber Değişimi

 

Bu kısımda PART_4 uzvunun ( tekerlek taşıyıcısının ) kendi ağırlık merkezinde bulunan eksen tanımlayıcısının ( Marker ), X eksenine göre olan dönüşü yani Camber değişimi incelenecektir. Mekanizmaya sağdan bakıldığında X ekseni etrafında saat yönündeki dönüş eksi yönde bir dönüştür. Bütün tasarım değişkenlerinin Camber açısına etkisi hassaslıklarıyla beraber incelenmiştir. Sonuçlar aşağıdaki gibidir.

 

DV1

DV1 denemesi sonuçları DV1’in değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV1’in Camber değişimine etkisi yok denecek kadar az olduğundan DV1 bu başlık altında hesaplamalara katılmayacaktır.

DV2

DV2 denemesi sonuçları DV2’nin değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

Grafikten de görüldüğü üzere DV2’nin değerlerinin değişmesiyle Camber’da farklılıklar meydana gelmiştir. DV2 bu başlığın sonunda işlemlere katılacaktır.

 

DV3

DV3 denemesi sonuçları DV3’ün değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV3 ile birlikte Camber değerindeki değişim çok düşüktür o yüzden DV3 adlı tasarım değişkeni iterasyonlara dahil edilmeyecektir.

 

DV4

DV4 denemesi sonuçları DV4’ün değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV4 değişkeninin de diğer değişkenler gibi mekanizmanın hareketine etkisi çok düşüktür. DV4 de iterasyonlara dahil edilmeyecektir.

 

DV5

DV5 denemesi sonuçları DV5’in değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV5 değişkeninin değeri arttıkça Camberdaki değişim azalmaktadır. DV5 değişkeni bu başlık altında önemli bir değişkendir.

 

DV6

DV6 denemesi sonuçları DV6’nın değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV6’nın mekanizma hareketine etkisi oldukça düşük olduğundan DV6 değişkeni iterasyonlara dahil edilmeyecektir.

 

DV7

DV7 denemesi sonuçları DV7’nin değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV7’nin mekanizmaya etkisi de DV6 gibi etkisizdir. Bu durumda DV7 hesaplamalara dahil edilmeyecektir.

DV8

DV8 denemesi sonuçları DV8’in değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV8 değeri azaldıkça Camber değişimi küçülmektedir. DV8 bu kısmın sonunda hesaplamalara dahil edilecektir.

DV9

DV9 denemesi sonuçları DV9’un değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV9’un mekanizmanın hareketine etkisi çok azdır o yüzden DV9 hesaplamalara dahil edilmeyecektir.

DV10

DV10 denemesi sonuçları DV10’un değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV10’un değişimiyle Camber açısı çok fazla etkilenmediğinden dolayı DV10 hesaplamalara dahil edilmeyecektir.

DV11

DV11 denemesi sonuçları DV11’in değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

Burada DV11’in mekanizmaya etkisi oldukça küçüktür. O yüzden DV11 değişkeni de diğer değişkenler gibi hesaplamalara dahil edilmeyecektir.

DV12

DV12 denemesi sonuçları DV12’nin değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV12 tasarım değişkeninin sistem üzerindeki etkisi göz önünde bulundurulduğunda hesaplamalara dahil edilecektir.

 

DV13

DV13 denemesi sonuçları DV13’ün değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV13 değişkeninin mekanizmaya göre hassasiyeti düşük olduğundan dolayı hesaplamalarda sonucu pek fazla değiştirmeyeceğinden hesaplara dahil edilmeyecektir.

DV14

DV14 denemesi sonuçları DV14’ün değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV14 değişkeninin de sisteme etkisi oldukça düşüktür. DV14 hesaplara dahil edilmeyecektir.

DV15

DV15 denemesi sonuçları DV15’in değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV15 değişkeninin mekanizmanın hareketine etkisi yüksektir. O yüzden DV15 bu kısmın sonundaki iterasyonlara dahil edilecektir.

DV16

DV16 denemesi sonuçları DV16’nın değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV17

DV17 denemesi sonuçları DV17’nin değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV18

DV18 denemesi sonuçları DV18’in değişimiyle Camber açısının zamana göre değişimi

DV16, DV17 ve DV18’in mekanizma hareketine etkileri oldukça düşüktür. Bu üç değişken de diğer değişkenler gibi hesaplamalara dahil edilmeyecektir.

Camber Açısı Birleşik İterasyonlar

 

Bu kısımda yukarıda tespit edilen Camber açısına etkisi olan tasarım değişkenlerinin birbirilerine göre olan değişimleri ve aynı anda değiştiklerinde mekanizmaya olan etkileri incelenecektir.

Birleşik olarak yapılmış olan iterasyonların grafiğe dökümü

Tasarım değişkenlerinin Camber açısı için birbirlerine göre denenmesi

Bu kısımdan çıkartılacak sonuç, eğer tasarım değişkenleri 11. Denemedeki gibi Adams/Car programına girilirse Camber değerinin en düşük olduğu durum sağlanacaktır. Camber açısı bu simülasyonların en başında yaklaşık -6 idi. Fakat bu kısımdaki çalışmalarla birlikte -2.6093 değerine kadar düşürülmüş oldu. Buradaki eksi işareti tekerlek göbeğinin dönme yönünü yani negatif Camber olduğunu göstermektedir.

 

Toe Değişimi

DV2

DV2 denemesi sonuçları DV2’nin değişimiyle Toe açısının zamana göre değişimi

DV5

DV5 denemesi sonuçları DV5’in değişimiyle Toe açısının zamana göre değişimi

 

DV12

DV12 denemesi sonuçları DV12’nin değişimiyle Toe açısının zamana göre değişimi

DV15

DV15 denemesi sonuçları DV15’in değişimiyle Toe açısının zamana göre değişimi

DV16

DV16 denemesi sonuçları DV16’nın değişimiyle Toe açısının zamana göre değişimi

DV17

DV17 denemesi sonuçları DV17’nin değişimiyle Toe açısının zamana göre değişimi

 

Yukarıdaki DV2, DV5, DV12, DV15, DV16 ve DV17 tasarım değişkenlerinin grafiklerden de görüldüğü üzere Toe açısındaki değişime etkisi bulunmaktadır. Bu altı adet değişken sayesinde mekanizmanın Toe karakteristiğinde iyileştirmeler yapılacaktır. Diğer değişkenlerin hassaslıkları çok küçük olduğundan dolayı bir sonraki adım olan birbirilerine bağlı iterasyonlarında işleme alınmayacaktır. Bu değişkenlerin grafikleri ve iterasyon sonuçları ekte bulunmaktadır.

Toe Açısı Birleşik İterasyonlar

 

Bu kısımda Toe açısının, mekanizmanın bu karakteristiğini etkileyen tasarım değişkenlerinin birbirilerine göre olan etkileşimleri incelenmiştir. Tıpkı Camber açısında olduğu gibi bu değişkenler arasında topluca bir iterasyon yapılmıştır. Sonuç olarak aşağıdaki değerler elde edilmiştir. Bu değerleri irdelemeden önce Camber açısını etkilemeyip Toe açısını etkileyen tasarım değişkenleri direkt olarak Adams/Car programında Hardpointlerin tablosuna girilebilir. İki karakteristikte de ortak olarak bulunan değişkenler için şöyle bir çözüm uygulanacaktır: Önce bir Camber açısının en iyi olduğu pozisyon girilecek ve sonra Toe açısının birleşik iterasyonlarının sonuçlarından, değişkenlerin aynı değerlerde olduğu sütun bulunup sonucun uygunluğuna bakılacak. Örnek verilecek olursa; Camber açısının en iyi olduğu pozisyon 11. Denemeydi. Yani DV2=-24.96, DV5= -7.271, DV8= -24.96, DV12= 462.32, DV15= 558.53 değerlerindeydi. Bunlardan Toe için DV12 ve DV15 zaten aynı, o yüzden sadece DV2 ve DV5 için Toe sonuçlarından aynı olduğu Toe değeri bulunacaktır.

Tasarım değişkenlerinin Toe açısı için birbirlerine göre denenmesi

Yukarıdaki tablodan görüldüğü üzere Toe açısının en iyi olduğu deneme 44. Denemedir.

 

Sonuç

 

Süspansiyon 100 mm’ye doğru giderken, Camber açısının eski değeri 100 mm’de yaklaşık -2.7 idi. Birleşik iterasyonların en iyi sonuçları Adams/Car programına girildiğinde ise bu değer -1.3’ten daha küçük bir değere düşürülmüştür. Toe açısı da, Camber açısının ve Toe açısının sonuçlarının kombinasyonu sonucu yaklaşık 2.74 dereceden yaklaşık 2.81 dereceye artmıştır. Camberdaki büyük iyileşmeye karşılık Toe değerindeki  bu çok küçük kötüleşme kabul edilebilir derecededir. İleriki raporlarda bu değerler diğer karakteristikler hesaplandıkça iyileştirilecektir.

Eski değerlere göre Camber açısının değişimi

Yeni değerlere göre Camber açısının değişimi

Eski değerlere göre Toe açısının değişimi

Yeni değerlere göre Toe açısının değişimi