Traction control for high performance vehicles and motorsport

Detta examensarbete har omfattat konstruktion, implementering och funktionsstudie av antispinnsystemet NTRAC, ett antispinnsystem framtaget i ett prestandahöjande syfte. En djupare studie i den grundläggande funktionaliteten av traditionella säkerhetsinriktade antispinnsystem har genomförts. Därigenom har olika metoder framkommit för att begränsa och sänka motorns aktuella kraftmoment. Det aktuella systemet NTRAC använder en bränsleavstängande metod och de eventuella risker och konsekvenser som detta innebär, samt tillhörande lösningar, förklaras på en djupare nivå. Ett av delmålen med NTRAC har varit att det lätt ska kunna anpassas till olika fordon, NTRAC har därför implementerats i två testbilar av mycket skiljda fysikaliska mått och motorkaraktäristik. Därigenom har eventuella behov av förändringar på ett effektivt sätt utvärderats. Som ett delresultat av detta har olika förenklande och tidsbesparande matematiska modeller tagits fram och implementerats i numeriska beräkningsprogram för MATLAB. Det är två modeller som tagits fram och bägge beskrivs ingående i rapporten, även MATLAB programmen återfinns i bilagorna tre och fyra. Den första är en modell som generellt beskriver sambandet mellan momentbegränsande åtgärd och procentuellt kvarvarande motormoment. Rapporten förklarar varför detta inte följer ett linjärt samband som man annars är frestad att tro. Friktionen mellan däck och vägbana har en väsentlig roll i teorin bakom antispinnsystem och rapporten beskriver ingående hur säkerhetssystem ofta tvingas kompromissa vad gäller den tillåtna spinnivån, och därigenom inte utnyttjar maximal dragkraft. Fokus för prestandahöjande system ska vara att kontinuerligt begränsa spinnet till den optimala spinnivån och minimera dess fluktuering, då situationen så tillåter. Den för fordonet uppmätta spinnivån varierar, exempelvis då fordonet kör genom en kurva, detta måste kompenseras för i beräkningarna. Den andra modellen som tagits fram och redovisas i rapporten beskriver ingående de matematiska samband som råder mellan de olika hjulens rotationshastigheter. Slutligen har en prestandahöjande effekt verifierats genom nyttjandet av NTRAC i KTHR2. Under riktiga tävlingsförhållanden sommaren 05 på Bounthingsthorp proving grounds, Leicestershire, England, presenterades en tidsvinst av ca nio procent under accelerationstest noll till 75 meter vid optimala friktionsförhållanden. Man kan anta att systemet genererar ännu högre prestandaökning då friktionen är lägre.This master’s degree project includes the construction, implementation and the theory of function of the traction control system NTRAC, a traction control system designed to increase performance. A closer functionality study of the more common safety-designed traction control systems has been executed. As a result of this study different techniques in decreasing engine torque has been concluded. NTRAC uses a fuel-cutting method to decrease the torque. The risks and consequences by this, as well as different solutions, are in detail discussed in the report. One of the main design purposes with NTRAC was to be able to adapt it easily to different vehicles. To evaluate this ability NTRAC has been implemented into two test vehicles, most different to each other by means of physical measurements. As an outcome of this evaluation, a number of mathematical models have been derived and implemented in numerical MATLAB programs. Two models are explained in the report and are included in MATLABfiles as appendix three and four at the end of the report. The first model describes the dependency between the action of decrease in torque and the relative remaining degree of efficiency and the report explains why this does not show a linear dependency. The friction between the tire and the road surface plays a crucial part in the theory behind traction control and the report describes in detail how traditional traction control systems are designed to make compromises, in wheel spin tolerances, and thus not uses the maximum amount of traction. To increase performance traction control systems continuously have to optimise this amount and also minimise its fluctuations. Wheels travel with different speeds when cornering, thus the traction control system has to compensate for this, and the second mathematical model in the report describes this in detail. Finally an increase in performance is verified through the usage of NTRAC in the formula car KTHR2. During an international competition in the summer of 05, at Bounthingsthorp proving grounds, Leicestershire, England, under perfect weather conditions, a time-saving of nine percentage where registered at acceleration tests from 0 to 75 meters