Development and validation of a multibody model of an electric light quadricycle

The goal of this dissertation is to use the commercial software Vi-Grade CarRealTime (CRT) to build and validate a multibody model which can be a good starting point for further vehicle dynamics investigations on light electric quadricycles (L6e), allowing the developing of a platform to test ADAS systems and active suspensions. Therefore, the Citroen Ami was used as a reference, and the necessary parameters to create a full vehicle multibody model were obtained through experimental measurements or gathered from the catalogues of Citroen or OEM suppliers. The Citroen Ami was then equipped with sensors and tested outdoors. We performed acceleration and braking tests to measure the longitudinal acceleration for what concerns longitudinal dynamics. We performed a constant radius cornering and obtained the handling diagram, steering wheel input, body roll, lateral acceleration gain and yaw velocity gain. Finally, we tested the vehicle over a bump and measured the accelerations in different locations for the vertical dynamics. These tests are replicated using CRT simulations, and the same outputs are compared with those from the outdoor test, showing a good level of accuracy for our model. Additionally, the range of the vehicle simulated using CRT by following the WMTC drive cycle was 81 km, against the 75 km declared on the Citroen catalogue. Finally, three motor layout configurations are considered: front axle motor, front hub motors and rear hub motors. In each of them, the front and rear springs and dampers are optimized in terms of road holding and discomfort. These three optimized configurations are finally subjectively evaluated in terms of discomfort and road holding at the Vi-Grade DiM400 driving simulator available in Politecnico di Milano through a bump test and obstacle avoidance manoeuvre. Among these optimized motor layouts, the front in-wheel motor layout has a higher range and was perceived as comfortable by the drivers at the driving simulator. Therefore, it can be a suitable choice, allowing the future implementation of torque vectoring in the model.

L'obiettivo di questa tesi è costruire e validare un modello multibody, utilizzando il software commerciale Vi-Grade CarRealTime (CRT), che possa essere un buon punto di partenza per ulteriori studi sulla dinamica dei veicoli leggeri elettrici a quattro ruote (L6e), consentendo lo sviluppo di una piattaforma per testare i sistemi ADAS e le sospensioni attive. Pertanto, la Citroen Ami è stata utilizzata come riferimento e i parametri necessari per creare un modello multibody completo del veicolo sono stati ottenuti attraverso misure sperimentali o raccolti dai cataloghi di Citroen o dei fornitori OEM. La Citroen Ami è stata quindi dotata di sensori e testata all’aperto. Abbiamo eseguito prove di accelerazione e frenata misurando l'accelerazione longitudinale per quanto riguarda la dinamica longitudinale. Abbiamo eseguito una curva a raggio costante e ottenuto il diagramma di maneggevolezza, l'input del volante, il rollio della carrozzeria, il guadagno di accelerazione laterale e il guadagno di velocità di imbardata. Infine, abbiamo guidato l'auto su un dosso e misurato le accelerazioni in diversi punti per la dinamica verticale. Questi test sono stati replicati utilizzando simulazioni CRT e gli stessi risultati sono stati confrontati con quelli del test all'aperto, mostrando un buon livello di accuratezza complessiva per il nostro modello. Inoltre, l'autonomia del veicolo simulata con il CRT seguendo il ciclo di guida WMTC è 81 km, contro i 75 km dichiarati sul catalogo Citroen. Infine, sono state considerate tre configurazioni di layout del motore: motore sull'asse anteriore, motori nei mozzi anteriori e motori nei mozzi posteriori delle ruote, e in ognuna di esse le molle e gli ammortizzatori anteriori e posteriori sono stati ottimizzati in termini di tenuta di strada e discomfort. Queste tre configurazioni ottimizzate sono state infine valutate soggettivamente in termini di discomfort e tenuta di strada presso il simulatore di guida Vi-Grade DiM400 disponibile al Politecnico di Milano tramite manovre di passaggio su dosso ed evitamento di un ostacolo. Tra queste configurazioni di motori ottimizzate, quella con motori in-wheel all’anteriore risulta migliore in termini di range ed è stata percepita come confortevole dai conducenti al simulatore di guida. Pertanto, può essere una scelta adeguata per consentire la futura implementazione del torque vectoring nel modello.