Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Modelling of a motorcycle/mountain bike suspension and digitization of a cam drum motor control
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Aeronautical and Vehicle Engineering, Vehicle Dynamics.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This Master’s thesis was done in collaboration with Öhlins Racing AB, a Swedish suspension system-manufacturer. For Öhlins, the quality of their products is highly important and they are therefore devoting many resources for the development and testing of their products. Because testing is such a big part of what Öhlins as a company is doing, it is important to continuously strive to improve the testing methods used within the company. Two popular methods for improving testing methods are through automation of the machine control and by simulating the test with mathematical models. Both methods have the potential to reduce the time consumed during testing. This project focuses on these two methods and is therefore split in two parts. The first part focuses on digitizing the motor control of a rolling road test bench called the Cam Drum, which is used to do life cycle tests of suspension assemblies, to allow for automated control. In the second part the rolling road test bench has been modelled as a suspension system to simulate tests prior to production. The goal of the digitization is to enable more advanced tests while simplifying usage of the Cam Drum, thereby reducing the time necessary to operate the machine. The goal of the suspension model is to get validation results that point towards the model being good enough to use as a tool when developing new products. A programmable logic controller was connected to the existing frequency drive that controls motor rotational speed and an HMI screen was used to control the controller. Communication between the controller and frequency drive used the serial protocol Modbus RTU. The hardware with which the new motor control system was built was primarily supplied by Siemens. Controller and HMI programming was carried out in Siemens’ software SIMATIC Step 7 using programming languages LAD and FBD. The digital motor control system was live tested with great results and good feedback from the technicians. The only functionality missing is being able to send webserver data over the buildings industrial network due to IT related security reasons. Future work should focus on solving this problem. A front fork suspension model and a rear swingarm suspension model have been modelled in Matlab Simulink. Both models are designed to simulate motorcycle or mountain bike suspension however the front suspension model has only been validated against mountain bike data and the rear suspension model against motorcycle data. An alternative tire model was developed to handle problems linked to conventional 1-dimensional tire models. The new model estimates the area of compressed air in the side view plane and scales the force output accordingly. New values for tire spring stiffness and damping coefficient for this system was freely estimated during validation. Validation was done using camera recorded position signals and position signals recorded with a position sensor. The front suspension model was tested against two different front fork models, but validation finally focused on several test runs done with one of the forks due to insufficient recorded data with the other fork. The result was a correlation between the behaviour of the real and modelled suspension however further tweaking of the tire parameters should give better results. The result should however be sufficient for making estimations. Validation of the rear suspension was done against a camera recorded position signal but as evidence from the front suspension validation shows this is insufficient. The rear suspension validation still requires more work before being utilized as a development tool.

Abstract [sv]

Detta examensarbete är utfört i samarbete med Öhlins Racing AB, som är ett svenskt hjullupphängningsföretag. Kvalité är mycket viktigt för Öhlins, därför lägger de mycket resurser på utveckling och provning av deras produkter. I och med att provning är en så stor del av vad Öhlins som företag gör så är det viktigt att kontinuerligt sträva efter att förbättra de provmetoder som används inom företaget. Två populära metoder för att förbättra provningsmetoder är att automatisera styrningen av maskiner och att simulera med matematiska modeller. Båda metoder har potential att reducera tiden som förbrukas under tester. Det här projektet fokuserar på de här två metoderna och är därför uppdelat i två delar. Den första delen fokuserar på digitalisering av motorregleringen av en rullande landsväg kallad Cam Drum, ämnad för livstidstester på hjulupphängningar, för att möjliggöra automatiserad reglering och i den andra delen så modelleras testbänken som ett hjulupphängningssystem för att simulera tester innan produktion. Målet med digitaliseringen är att förenkla användandet av Cam Drum och därmed reducera tiden det tar att använda maskinen samt att möjliggöra mer avancerade tester och målet med modelleringen är att mha valideringen visa att modellen går att använda vid utvecklingen av nya produkter. En programmerbar reglerenhet har kopplats till den befintliga frekvensomvandlaren som används för att reglera motorns rotationshastighet och en HMI-skärm används för att styra reglerenheten. Kommunikation mellan regulatorer och frekvensomvandlare sker via serieprotokollet Modbus RTU. Hårdvaran som har används för att skapa installationen har primärt inhandlats från Siemens. Regulator- och HMI-programmering har utförts i Siemens programvara SIMATIC Step 7 med programspråken LAD och FBD. Den digitala motorregleringen har testats med goda resultat och positiv feedback från tekniker. Den enda funktionaliteten som saknas är att kunna sända webserverdata över företagets industriella nätverk, vilket idag inte är möjligt på grund av IT-relaterade säkerhetsfrågor. Framtida arbete bör därför fokusera på att lösa detta problem. En framgaffel och en bakhjulsupphängning har modellerats i Matlab Simulink. Båda modellerna är designade för att simulera en motorcykel eller mountain bike-upphängning men framgaffelmodellen har endast validerats mot data från mountain bikes och baksvingsmodellen har endast validerats mot motorcykeldata. En alternativ däckmodell har tagits fram för att åtgärda problem kopplade till konventionella endimensionella däckmodeller. Den nya modellen estimerar arean av den komprimerade luften sett från sidan och skalar kraften den producerar enligt arean. Nya värden för däckets fjäderstyvhet och dämparkoefficient för det här systemet har tagits fram fritt under valideringen. Valideringen gjordes med positionssignaler hämtade med positionsgivare och positionssignaler hämtade från videor. Framgaffelmodellen testades mot två olika framgafflar men valideringen fokuserar på tester gjorda med en av gafflarna då tillräckliga data med den andra gaffeln saknades. Efter validering visade modellen beteenden som liknade de insamlade signalernas. Däckparametrarna kan valideras vidare men modellen bör räcka för att göra estimeringar.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 48
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2019:324
National Category
Vehicle Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-265630OAI: oai:DiVA.org:kth-265630DiVA, id: diva2:1380258
External cooperation
Öhlins Racing AB
Examiners
Available from: 2019-12-19 Created: 2019-12-18 Last updated: 2019-12-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3496 kB)13 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3496 kBChecksum SHA-512
8f479e82d8fad19a7497ca89689b8af58e8a09d97c4fea5b070ccb5b1477623ee22c9cda3d78aee1781e0ada87d54b7b5b08fd1a5a6a359fc5c89fa680c61178
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Vehicle Dynamics
Vehicle Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 13 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 40 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf