Master's Thesis

Formula Student Suspension Kinematic Design

Final Thesis 3.87 MB

Author of thesis: Bc. Michal Baráni

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Fojtášek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jiří Míša

Abstract:

This thesis deals with the design of suspension kinematics for a Formula Student vehicle with electric motors placed directly in the wheel hubs. The first part describes the basic principles of wheel suspension, commonly used solutions in Formula Student vehicles, and selected rules that affect the design of the chassis. The thesis focuses mainly on kinematic parameters such as camber angle, kingpin inclination, caster angle, scrub radius, mechanical trail, instant centre position, roll centre position and suspension installation ratio.
The main part of the thesis is focused on creating an axle model that makes it possible to observe selected suspension characteristics during wheel travel. During the design process, spatial and mechanical limitations of the vehicle were taken into account, especially the placement of the electric motors inside the wheels, compatibility with the monocoque, suspension arm layout, suspension packaging and the possibilities of real manufacturing. Based on the simulation results, the positions of the kinematic points were gradually modified in order to achieve a more suitable behaviour of the selected characteristics.
The result of the thesis is an optimized design of the axle kinematics, which represents a compromise between the required kinematic behaviour, available packaging space and practical applicability on a Formula Student vehicle.

Keywords:

Formula Student, wheel suspension, axle kinematics, in-wheel motor, suspension optimization

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta: 1) Popište vliv proměnného převodu mezi zdvihem kola a zdvihem tlumiče na vlastnosti odpružení vozidla. Zodpovězeno. 2) Popište hlavní rozdíly mezi pneumatikami vhodnými pro použití geometrie řízení typu pro-Ackermann a anti-Ackermann. Uveďte příklady jejich praktického využití. Zodpovězeno. 3) Jaké jsou rozdíly z hlediska celkové hmotnosti a jejího rozložení mezi koncepcí s elektromotory umístěnými přímo v těhlicích kol a koncepcí s motory uloženými v rámu vozidla? Jaký vliv mohou mít tyto koncepce na návrh geometrie zavěšení a řízení vozidla? Zodpovězeno. Další otázky k závěrečné práci od členů komise: 1) Jak probíhala analýza deformací v prostředí ADAMS. Zodpovězeno 2) Bylo vozidlo již vyrobeno? Byly vlastnosti již ověřeny? Částečně zodpovězeno. 3) V prezentaci jste vysvětloval optimalizaci kinematiky, rozveďte tento popis. Zodpovězeno. 4) Jak byla přesně řešena optimalizace, jaké metody jste využil? Částečně zodpovězeno. 5) Jaká byla účelová funkce optimalizace? Zodpovězeno 6) Měřil jste v rámci práce brzdnou/dojezdovou křivku? Zodpovězeno. 7) Máte představu jakou velikost valivého odporu mají použité pneumatiky? Částečně zodpovězeno. 8) Pokud byste chtěl přenést koncepci umístění elektromotorů v náboji do běžného vozidla, co je nutné řešit s ohledem na pneumatiky? Zodpovězeno. 9) Neovlivní hadicea a kabely vedoucí k motorům do nábojů kol vlastnosti zavěšení kol? Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Advanced Automotive Engineering (N-AAE-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Vojtěch Trusík (člen)
Ing. Jiří Bazala, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Šopík (člen)
Ing. Tomáš Heger (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Fojtášek, Ph.D.

Práce se zabývá návrhem kinematiky zavěšení monopostu Formule Student. V rešeršní práci jsou detailně popsány typy používaných zavěšení pro tuto kategorii závodních vozidel a kinematické charakteristiky, které jsou dále podstatné pro řešení samotné práce. V praktické části pak autor popisuje sestavený MBS model náprav, řízení a ostatních agregátů a navazuje optimalizací kinematických bodů zavěšení obou náprav. Náročnost úkolu je dána hledáním vhodného řešení zástavbového prostoru, realizovatelností a dosažením co nejlepších jízdních vlastností. Text je psaný čtivou formou a je z něj jasně patrné, že autor při návrhu hodnotil širokou škálu aspektů a souvislostí. Práce je logicky uspořádána, po formální i grafické stránce na vysoké úrovni. Autor čerpal z osmnácti citovaných zdrojů, což je dáno poměrně unikátním řešením zavěšení s oddělenými pružinami a tlumiči pro klopení a paralelní zdvih kol nápravy. Provedené úpravy jsou přehledně popsány včetně důležitých charakteristik zavěšení s detailně vysvětlenými důvody provedených změn. Celá práce tak působí uceleným dojmem a má praktický přínos pro pochopení zvoleného řešení i vývoj další generace monopostu.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jiří Míša

Diplomovou práci pana Michala Barániho lze rozdělit na rešeršní část a část zahrnující vlastní návrh kinematiky zavěšení kol vozidla formule.

Rešeršní část práce je zpracována na velmi dobré úrovni a poskytuje kvalitní teoretický základ pro navazující návrhovou část. Oceňuji zejména skutečnost, že rešerše neobsahuje pouze přehled pravidel a konstrukčních řešení, ale také analýzu geometrie a průběhů popisujících kinematické a dynamické vlastnosti daného vozidla. Použité zdroje jsou relevantní a vhodně reprezentují řešenou problematiku.

Student transparentně uvádí využití nástrojů AI pouze pro jazykovou korekturu textu. Odborný obsah, provedené analýzy i dosažené výsledky jsou jednoznačně výsledkem jeho vlastní práce.

Vlastní řešení představuje velmi rozsáhlou a kvalitně zpracovanou tvůrčí práci s výrazným praktickým přínosem. Student využívá několik specializovaných softwarových nástrojů, včetně nástrojů umožňujících tvorbu komplexního multibody modelu celého vozidla, a řeší problematiku komplexně, od návrhu geometrie zavěšení jednotlivých kol přes návrh pružicích a tlumicích prvků až po vzájemné působení přední a zadní nápravy a jeho vliv na chování vozidla.

Velmi pozitivně hodnotím schopnost hledat kompromis mezi jízdními vlastnostmi, vyrobitelností, servisovatelností a omezeními vyplývajícími z pravidel soutěže. Student prokazuje velmi dobré porozumění vlivu jednotlivých konstrukčních změn na chování vozidla a vhodně využívá zkušenosti získané z předchozích generací vozidel.

Oceňuji také skutečnost, že návrh není zaměřen pouze na nalezení jednoho optimálního řešení, ale zohledňuje i možnosti dodatečných úprav během testování vozidla. Celý postup je pečlivě zdokumentován a může sloužit jako kvalitní podklad pro další vývoj závodního vozu.

Po formální stránce se v práci vyskytují pouze drobné překlepy a stylistické nedostatky, které nesnižují její odbornou úroveň. Práci jako celek hodnotím jako velmi povedenou, cíle práce byly splněny a diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Jaké jsou rozdíly z hlediska celkové hmotnosti a jejího rozložení mezi koncepcí s elektromotory umístěnými přímo v těhlicích kol a koncepcí s motory uloženými v rámu vozidla? Jaký vliv mohou mít tyto koncepce na návrh geometrie zavěšení a řízení vozidla?
  2. Popište vliv proměnného převodu mezi zdvihem kola a zdvihem tlumiče na vlastnosti odpružení vozidla.
  3. Popište hlavní rozdíly mezi pneumatikami vhodnými pro použití geometrie řízení typu pro-Ackermann a anti-Ackermann. Uveďte příklady jejich praktického využití.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová