Reglering av aerodynamiska element för lätta fordon

Sammanfattning: Den här kandidatuppsatsen undersöker möjligheten att konstruera ett system som med hjälp av ett rörligt aerodynamiskt element reglerar den nedåtkraft ett fordon utsätts för vid olika störningar. För att manipulera det aerodynamiska elementet utvecklas en aktuator. Flera olika mekaniska lösningar samt motorer och enkodrar undersöks för att ta fram en prototyp som uppfyller krav om tillräcklig kraft vid 80% bibehållen maxhastighet samt låg energiförbrukning. Den lösning som uppfyller alla krav och därmed används i den slutgiltiga prototypen är skruvdrift. Kraften som aktuatorn måste klara av tas fram med hjälp av Flow Simulation i Solidworks och är 100N inklusive en säkerhetsfaktor på 1.5. FEM-analys används för att validera prototypens mekaniska komponenter. Alla komponenter visar sig klara målet om belastning på 100N. Ett kaskadreglersystem tas fram för att reglera fordonets nedåtkraft och därmed dämpa påverkan från störningar så som plötsligt förändrade vindförhållanden. Då det inte finns några möjligheter att testa systemet i riktiga vindförhållanden tas en simuleringsmiljö fram. Fordonets hjulupphängning modelleras som ett mekaniskt system med massor, fjädrar och dämpare som sedan utsätts för olika krafter. Modellen beskrivs som ett system av differentialekvationer och implementeras tillsammans med reglersystemet i Simulink. Det aerodynamiska elementets påverkan på fordonets nedåtkraft vid olika vinklar tas fram med Flow Simulation i Solidworks. Vid validering av reglersystemet utvärderas varje reglerloop för sig. Hastighetsreglering utformas och testas för att kunna hålla en jämn hastighet även vid belastning. Positionsregleringens krav är att köra aktuatorn med dess maxhastighet vid en stegformad börvärdesändring samt hålla översläng under 1%. Både hastighets- och positionsregleringen uppfyller sina krav. Hur störningar kan se ut i verkligheten är okänt i detta arbete, därför utvärderas regleringen av nedåtkraft genom frekvensanalys. Systemet utsätts för sinusformade störningar med olika frekvenser, förstärkningen vid alla olika frekvenser tas fram och sammanställs som ett Bodediagram. Diagrammet visar tydligt hur väl systemet klarar av att dämpa störningar med olika frekvenser.Även regleringen av nedåtkraft uppfyller målet om att hålla översläng under 1%.