Design and optimization of Shell Ecomarathon® vehicle suspension elements

The Shell Eco-marathon® is an international competition sponsored by the Dutch oil company Shell® that challenges young engineers from around the world to design, build and drive energy-efficient vehicles. This competition dates back to 1939 and has evolved into its present form since 1985. The team from Politecnico di Milano has participated since 2005 with a group of about thirty students, and has developed vehicles for both prototype and UrbanConcept categories. This thesis work focuses on optimizing suspension elements of Daphne, the Politecnico di Milano’s UrbanConcept vehicle for the 2015 race. This category characterizes for the closer appearance to today’s production type passenger cars. In order to get a better performance of the vehicle in future races, it is desirable to reduce the overall mass of the vehicle, thereby reducing the rolling resistance of the tires. It was found that an element of the suspension could be optimized for this purpose. The topology optimization of the hub carrier in a Shell Eco-marathon® UrbanConcept vehicle is carried out on the present thesis. This is a mathematical approach that optimizes material layout within a given design space, for a given set of loads and boundary conditions such that the resulting layout meets a prescribed set of targets. The objective of this optimization is to reduce the mass and improve the stiffness. By decreasing the mass of this component, the rolling resistance can be reduced and this results in a better performance of the vehicle.

La Shell Eco-marathon® è una competizione internazionale sponsorizzata dalla compagnia petrolifera olandese Shell® che sfida giovani ingegneri provenienti da tutto il mondo per progettare, costruire e guidare i veicoli a basso consumo energetico. Questo concorso risale al 1939, e si è evoluto nella sua forma attuale dal 1985. Il team del Politecnico di Milano ha partecipato dal 2005 con un gruppo di una trentina di studenti, ed ha sviluppato i veicoli per entrambe le categorie UrbanConcept e prototype. Questo lavoro di tesi si concentra l’ottimizzazione degli elementi di sospensione di Daphne, il veicolo UrbanConcept del Politecnico di Milano per la gara del 2015. Questa categoria si caratterizza per l'aspetto più vicino al tipo di produzione di autovetture di oggi. Al fine di ottenere una migliore prestazione del veicolo in gare future, è desiderabile ridurre la massa complessiva del veicolo, riducendo così la resistenza al rotolamento. Si è trovato che è possibile ottimizare un elemento della sospensione per questo scopo. L’ottimizzazione topologica di un portamozzo in un veicolo UrbanConcept della Shell Eco-marathon® viene effettuata. Questo è un approccio matematico che ottimizza la configurazione del materiale entro un determinato spazio di progettazione, per un dato insieme di carichi e condizioni al contorno tale che la struttura risultante incontra un insieme prescritto di obiettivi. L'obiettivo di questa ottimizzazione è quello di ridurre la massa e migliorare la rigidità. Diminuendo la massa di questo componente, la resistenza al rotolamento può essere ridotta e questo si traduce in una migliore performance del veicolo.