Teoreettiset mallit ajoneuvon yli- ja aliohjautumisen havaitsemiseen

Abstract

Opinnäytetyön tilaaja oli Finger Motors Oy, joka on oululainen ajoneuvojen tutkimiseen ja tuotekehitykseen erikoistunut yritys. Opinnäytetyön aihe syntyi yrityksen päämäärästä virittää superautoja saavuttamaan jopa 1500 hevosvoiman tehon. Virittämisen seurauksena ajoneuvon alkuperäinen moottoriohjain vaihdetaan jälkiasenteiseen MoTeC-moottoriohjaimeen, jonka seurauksena myös ajoneuvon avustavat hallintajärjestelmät pitää uudelleenkehittää. Hallintajärjestelmien kehittämiseksi yritys tarvitsi tietoa, miten yli- ja aliohjautuminen voidaan havaita. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää teoreettiset mallit ajoneuvon yli- ja aliohjautumisen havaitsemiseksi. Työssä tutkittiin ja määritettiin tarvittavat mallinnukset sekä kehitettiin menetelmät kriittisten ajoneuvoparametrien selvittämiseksi.

Työssä käytiin läpi ajoneuvon yli- ja aliohjautumisen havaitsemisen kannalta keskeistä teoriatietoa. Teoreettisessa tietoperustassa käsiteltiin ajoneuvon liikettä ja tunnistettiin yli- ja aliohjautuminen ilmiöinä. Ajoneuvon hallinnan osalta tutkittiin ajonvakautusjärjestelmien toimintaa ja niiden ohjausperiaatteita. Lisäksi käsiteltiin ajoneuvomalleja ja ajodynamiikkaa, erityisesti keskittyen yksiraidemalliin, jota käytettiin ajodynamiikan tarkasteluun. Yli- ja aliohjautumisen havaitsemisen kannalta olennaiset ajoneuvoparametrit ja niistä johdetut kaavat esiteltiin selkeästi.

Käytännön osuudessa kehitettiin teoreettiset mallit ja analysoitiin niiden toimintaa. Työssä hyödynnettiin nelivetoista Subarua testiajoneuvona. Kyseiselle ajoneuvolle tehtiin tarvittavat mittaukset fyysisten ajoneuvoparametrien selvittämiseksi. Lisäksi se varustettiin tarvittavilla antureilla ja mittauslaitteilla dynaamisten ajoneuvoparametrien mittaamiseksi. Ajoneuvolla kerättiin mittausdataa moottoriurheilukeskus OuluZonessa ajetuista testiajoista. Kerättyä mittausdataa analysoitiin MoTeC i2 Pro -analysointiohjelmistolla, johon teoreettiset mallit kehitettiin. Työssä analysoitiin mallien kykyä havaita testiajoneuvon yli- ja aliohjautuminen mittausdatan perusteella.

Työssä analysoitiin sekä kiertonopeuteen että luistokulmaan perustuvat mallit. Tulokset osoittivat, että kiertonopeuteen perustuva malli oli tehokas yli- ja aliohjautumisen havaitsemisessa. Sen sijaan luistokulmaan perustuvalla mallilla oli vaikeuksia tunnistaa aliohjautumista, sillä sen referenssialue oli liian laaja pienten luistokulmien havaitsemiseen. Kiertonopeusmallin toimintaa vaikutti myös kuljettajan ohjauskomento, mikä auttoi mallia havaitsemaan aliohjautumista myös haastavammissa ajotilanteissa. Tulosten pohjalta mallien kehitystä voidaan jatkaa ja työ toimii kattavana käytännön oppaana teoreettisten mallien kehittämiseen erilaisille ajoneuvoille.