2012年度設計報告会 - OFRACofrac.net/pdf/OFRAC_2012_DesignSlide.pdf2012 Osaka-univ. Formula RAcing Club - Over All - 開発ターゲットと車両コンセプト 8 Lap Time

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2012年度設計報告会

1

2012 Osaka-univ. Formula RAcing Club - Over All -

2012年度設計報告会

2

• Over all

• Chassis Gr. -Body Part-

• Chassis Gr. -Suspension Part-

• Power Train Gr.

• Power Train Gr. -Electrical Part-

2012年度設計報告会 - Over All -

3

OFRAC 2012 Project Leader B4 後藤明之


2012年度目標

4

Total 1000pt

コスト審査

100pt

デザイン審査

150pt

スキッドパッド

50pt （旋回性能）

アクセラレーション

75pt （加速性能）

プレゼンテーション

75pt （販売企画）オートクロス

150pt

（1kmコースのタイムアタック）

エンデュランス

400pt （1kmコース×20周の耐久走行）

300pt 100pt

Dynamic Event Static Event

総合優勝


2012年度目標

5

Total 1000pt

コスト審査

100pt

デザイン審査

150pt

スキッドパッド

50pt （旋回性能）

アクセラレーション

75pt （加速性能）

プレゼンテーション

75pt （販売企画）

Dynamic Event Static Event

総合優勝

オートクロス

150pt

（1kmコースのタイムアタック）

エンデュランス

400pt （1kmコース×20周の耐久走行）

300pt 100pt

周回走行競技において高得点を取ることが不可欠


2012年度開発目標

6

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

1000.00

Economy

Endurance

Autcross

Skid pad

Accelaration

Design

Presentation

Cost

大阪大学 /3rd

横浜国立 /2nd

上智大学 /1st

特に車両性能が反映されるオートクロスの結果は

Lap Time -1.0[s]

Lap Time[s] 上智 1st 55.971 横国 3rd 56.341 阪大 6th 56.742

+0.75[s]

最終目標

第9回大会（2011年度）得点比較


開発ターゲットと車両コンセプト

7

Lap Time -1.0[s] 最終目標

高い限界性能

重量・重心高・旋回G・制動G エンジン出力・シャシー剛性

扱いやすい限界性能

ドライバビリティシフト・クラッチなどの操作系エンジンレスポンス

ラップタイムに対して非線形に影響する要素ダンパー特性サスペンションジオメトリヨー慣性モーメント etc.

ラップタイムに対して線形に影響する要素

解析的・数値解析的ラップタイムシミュレーション

定常領域過渡領域 Target Concept

Lap Time：-0.7[s] Lap Time：-0.3[s]



8





定常領域過渡領域 Concept

Lap Time：-0.3[s]

高い限界性能




Target

Lap Time：-0.7[s]


ターゲットに対する開発結果

9

高い限界性能

◆設計結果（前年度比）

Lap Time -0.78s ・重量 +9kg(+0.09s) ・重心高 -8mm(-0.27s) ・加速G +0.07G (-0.16s)

・旋回G +0.05G(-0.27s) ・制動G -0.03G(+0.05s) ・シャシ剛性 +700Nm/deg(-0.21s)

ホイールリムサイズの変更

可変吸気管長

フレーム・エンジン剛結構造

CFRP製衝撃減衰器

オイルパン形状変更

シャシーねじれ剛性向上

進入時内輪残存荷重を高める

材料置換による軽量化

低回転域での高トルク化

トー剛性の向上

重心高低下

タイヤ性能の向上

Target



10


高い限界性能







定常領域過渡領域 Target Concept

Lap Time：-0.7[s] Lap Time：-0.3[s]



11


高い限界性能




定常領域過渡領域 Target

Lap Time：-0.7[s]




Concept

Lap Time：-0.3[s]


車両コンセプト

12

昨年度ドライバー意見：低速コーナーでの回頭性が悪い

低速コーナー・スラローム中心のレイアウト

2011 FSAE-Australasia

Lap Time[s] Monash 1st 53.10 UWA 2nd 54.49 ECU 3rd 55.45

Osaka 8th 61.41

2010 FSAE-Japan

2011 FSAE-Japan

低速コーナーの配分が拡大 +8.3[s]

低速コーナー・スラロームにおいて扱いやすい限界性能

タイム差がつきやすい Concept


車両コンセプトに対する開発結果

13

エアーシフター＋油圧クラッチ

可変吸気容量

リアスカッフ変化の減少によるイニシャルトーの低減

低速コーナー・スラロームにおいて扱いやすい限界性能

ダンパー減衰力曲線の設計

Front Track 幅 > Rear Track 幅

◆設計結果（前年度比） Lap Time -0.3s

低速コーナー進入・脱出時シフトロス低減

進入時内輪接地性を高める

ホイールベース短縮 1600[mm] → 1530[mm]

ヨー慣性モーメントの減少

進入時の回頭性向上

低回転域でのエンジンレスポンス向上

不安定性の解消

Concept

2012年度設計報告会 - Body Part -

OFRAC 2012 Body Part B1 杉本克文

2012 Osaka-univ. Formula RAcing Club - Body Part -

１．オイルパン剛結による剛性向上

２．フレーム配置変更によるEngine整備性

３．衝撃減衰器の形状変更による軽量化

４．全体剛性の向上

Basic Performance

全体剛性の車両運動性能へ及ぼす影響評価

Evaluate Performance

Body Group Design

高い限界性能 Target


１．オイルパン結合構造

2011年度

2012年度

Basic Performance


2011年度

2012年度


２．Engine周りの整備性

Basic Performance


2011年度

2012年度



３．衝撃減衰器形状

Basic Performance


Basic Performance

2011年度

2012年度



３．衝撃減衰器形状

４．ねじり剛性


Problem：締結が四角形状

Suspension 入力

Action：フロア全面での締結

１．オイルパン結合


剛性はオイルパン結合により確保

Problem：クラッチ・ドライブギアの整備性

Action：ツール等を考慮したパイプ配置に

２．整備性向上


Problem：フレームに追加パイプが必要

Action：ひずみの少なくなる形状へ

アルミハニカム Impact Attenuator

アルミ板 Anti-intrusion Panel

３．衝撃減衰器

-1080g (昨年度比60%)

軽量化


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tort

ion

An

gle

[de

g]

Distance from fixed Point[mm]

昨年度

今年度_Compositeなし

今年度_Compositeあり

ねじり剛性[Nm/deg]

2011年度 1200

2012年度(Compositeなし)

1600

2012年度 (Compositeあり)

2900

オイルパン結合による向上 Carbon Fiber Composite による向上

4. ねじり剛性

1200

1600

2900

ねじり剛性 [Nm/deg]


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tort

ion

An

gle

[de

g]

Distance from fixed Point[mm]

昨年度

今年度_Compositeなし

今年度_Compositeあり

オイルパン結合による向上 Carbon Fiber Composite による向上

4. ねじり剛性

1200

1600

2900

ねじり剛性 [Nm/deg]


旋回G発生時のねじり入力による接地荷重変化を評価する（接地荷重はストロークセンサ値より計算）

ねじり剛性の影響評価～実験～


～定常円旋回～～90°コーナリング～

0 1000 2000 3000

ねじり剛性[Nm/deg]

あり・2500

なし・1200

ねじり剛性の影響評価～実験～


① ② ③

実際使用するセッティング領域では大きな影響なし

前輪側の荷重移動割合

4. ねじり剛性～実機実験・定常～


横Gの極小値に対する後輪荷重移動量の応答遅れ

4. ねじり剛性～実機実験・過渡～


遅れ時間平均[s]

残存移動量平均[kgf]

追加パイプなし 0.31 17

追加パイプあり 0.035 6.3

タイヤデータを用いた駆動力のロスを計算

大会コースを想定した加速シミュレーション

ラップタイムに対するねじり剛性の影響を定量的に評価


遅れ時間

残存移動量


遅れ時間平均[s]

残存移動量平均[kgf]

追加パイプなし 0.31 17

追加パイプあり 0.035 6.3

タイヤデータを用いた駆動力のロスを計算

大会コースを想定した加速シミュレーション

ラップタイムに対するねじり剛性の影響を定量的に評価


遅れ時間

残存移動量

ねじり剛性を 1200Nm/deg→2500Nm/deg

とすると

のラップタイム短縮

2012年度設計報告会 - Suspension Part -

31

OFRAC 2012 Suspension Part B2 住中真

2012 Osaka-univ. Formula RAcing Club - Suspension Part -

タイヤにかかる垂直荷重 →タイヤにかかる輪荷重をいかに上手く振り分けるか

リンク（アーム）などの配置 →幾何学的な制約条件のもとタイヤをいかに使うか

地面との唯一の接触点 →タイヤ性能を超える車両性能はおこらない

- Suspension Part -

32

タイヤ

ジオメトリー

垂直荷重

高い限界性能扱いやすい限界性能 Target Concept





- Suspension Part -

33

タイヤ

ジオメトリー

垂直荷重

2012 Osaka-univ. Formula RAcing Club - Suspension Part - 34

コースレイアウト →旋回中のタイヤ性能を優先

Hoosierタイヤに決定

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 400 800 1200 1600

Tire

CP

[N/d

eg]

Vertical Load[N]

Hoosier 13'-20.0/7.0

Avon 13'-20.0/7.2

GoodYear 13'-20.0/7.0

タイヤ


リム幅の異なるホイールの比較

RAYS OZ-Racing リム幅 6 inch 7 inch

タイヤ

Slip Angle [deg] La

tera

l Fo

rce

[N

]


リム幅の異なるホイールの比較

RAYS OZ-Racing リム幅 6 inch 7 inch

タイヤ

Slip Angle [deg] La

tera

l Fo

rce

[N

]

コーナリングフォース増加

タイヤ限界性能向上

Target


-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3

Lon

gitu

din

al F

orc

e[N

]

Slip Ratio[%]

300N

600N

900N

300N

600N

900N

Hoosier 20.5×7.0-13

Hoosier 20.0×7.5-13

Rr.タイヤ

駆動力の考慮

タイヤ

駆動力限界の高いタイヤの選択

Target





- Suspension Part -

38

タイヤ

ジオメトリー

垂直荷重


ジオメトリー

39

旋回中のタイヤの直立性（キャンバー）優先

過大なスカッフ変化

昨年度Rr.ジオメトリー

キャンバーゲイン

スカッフ変化


キャンバー

キャンバー角の影響小

0

100

200

300

400

500

600

700

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Tire

CP

[N

/de

g]

Camber Angle [rad]

CP vs Camber Angle

700N

300N

500N

キャンバー変化に対するコーナリングパワーの減少小

ジオメトリー


Rear等価CP増加 →アンダーステア傾向

Rear等価CP減少 →オーバーステア傾向

限界走行時における不安定性進入

旋回

脱出

Rr.過大なスカッフ変化

ジオメトリー





旋回

脱出


ジオメトリー





旋回

脱出



回頭性 ×

ジオメトリー

トー角

初期トーインを強くつけることで安定性を確保

昨年度





旋回

脱出

Rr.ジオメトリー

ジオメトリー

初期トーインの低減

スカッフ変化減少

ロールトーイン

安定性の確保

不安定性進入US脱出OS 解消

進入における回頭性の向上

Concept





- Suspension Part -

45

タイヤ

ジオメトリー

垂直荷重


垂直荷重

46

進入旋回

脱出

加速

ブレーキング

内輪外輪


（コーナー進入時）

前荷重をしっかり乗せないと曲がれない

・固いバネ・強いアンチダイブ

前輪荷重が残りにくい

昨年度の問題

垂直荷重～前輪荷重～


（コーナー進入時）

前荷重をしっかり乗せないと曲がれない

・固いバネ・強いアンチダイブ

前輪荷重が残りにくい

昨年度の問題

前輪荷重が残りやすく

・柔らかいバネ・アンチダイブの再設定

今年度

垂直荷重～前輪荷重～

ドライバビリティの向上 Concept


～’11 Kind Shock

垂直荷重～ダンパー～

自転車用ダンパー


減衰力過大

・動きだし・伸び

旋回初期時の内輪の接地性の向上

減衰力の適正化

内輪

垂直荷重～ダンパー～

コーナー進入性能向上 Concept

’12 Kaz Tech.

競技車両用ダンパー

2012年度設計報告会 - Power Train Group -

51

OFRAC 2012 Power Train Gr. B1 堀田龍一

2012 Osaka-univ. Formula RAcing Club - Power Train Group -

パワートレイン目標

52

エンジンレスポンス向上

操作系の改善

高出力エンジン重心高低下

扱いやすい限界性能 Concept

高い限界性能 Target


設計内容

53

1. ドライバビリティ向上

2. 限界性能向上

・吸気カムチューニング・可変吸気管長システム・ドライサンプシステムの改良

・可変容量サージタンク・エアシフター・油圧クラッチ


可変容量サージタンク –概要–

54

サージタンク容量を吸気管長と共に可変させる

可変吸気を採用したまま

レスポンスを向上させたい・・・

54

可変吸気管長システムによるタンク容量増大

→エンジンレスポンス低下

昨年度

今年度


可変容量サージタンク –昨年度機構–

55

低回転時高回転時

サーボで内側の吸気管長を可変

最大70mm可動

3.6L


可変容量サージタンク –今年度機構–

56

低回転時高回転時

吸気管長の可変にともない

内部容量を擬似的に可変

0.8L 3.0L


エアシフター –概要–

57

プッシュプルケーブル接続の機械式パドルシフト

→ステアから片手を離す必要あり

昨年度

操作が簡単かつ素早くなる

→ドライバーの負担軽減

ボタン式のエアシフター

→ステア握ったまま指で操作

今年度


エアシフター –機構–

58

エアタンク

ダウンボタン

エンジンシフトレバー

アップボタン

コントローラー

トランスミッション

エアシリンダー

アップ側 Sバルブ

ダウン側 Sバルブ

レギュレーター


油圧クラッチ –概要–

59

ワイヤーケーブル接続のパドルクラッチ

昨年度

ドライバーの負担軽減

油圧伝達によるパドルクラッチ

→ステアを切りながら操作可能

＋摩擦抵抗を低減

今年度


油圧クラッチ –機構–

60 60

フルードライン

ドライバーの操作

クラッチ

ステア側クラッチレバー

スレーブシリンダー

マスターシリンダー

エンジン側クラッチレバー


設計内容

61

1. ドライバビリティ向上

・可変容量サージタンク・エアシフター・油圧クラッチ

・吸気カムチューニング・可変吸気管長システム・ドライサンプシステムの改良

2. 限界性能向上


エンジン出力 –カムチューニング–

62

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

3000 5000 7000 9000 11000 13000 15000

トルク

[N・

m]

馬力

[PS]

回転数[RPM]

馬力（カム変更）

馬力（変更なし）

トルク（カム変更）

トルク（変更なし）

低速トルク向上

平均出力向上

吸気カムをチューニング

→解析上で

出力UP

昨年度

実測による

確認と評価

今年度


エンジン出力 –可変吸気–

63

20

30

40

50

60

70

80

90

3000 5000 7000 9000 11000 13000 15000

馬力

[PS]

回転数[RPM]

吸気管短

吸気管長

可変ポイント

可変吸気管長で広範囲で高出力

加速性能の向上


エンジン重心高低下

64

限界制動G向上

＋

限界旋回G向上

オイルパンを薄く

↓

エンジン重心高低下

9.5mm低下

64

Lap Time 短縮


オイルパン

65

12年度 11年度

流路と一体化

9.5mm削減

2012年度設計報告会 - Electrical Part -

66

OFRAC 2012 Electrical Part B2 山本哲士

2012 Osaka-univ. Formula RAcing Club - Electrical Part -

設計内容

1. Launch Control System 2. Traction Control System 3. Gear Position Indicator 4. Tachometer

開発内容

扱いやすい限界性能～低速コーナー・スラロームでのドライバビリティ向上～

Concept

昨年度問題点：

走行中のギアが不明確 →タイムロス


設計内容

ドライバー視点でのステア周り

Gear Position Indicator Tachometer

Launch Control Switch Traction Control

Switch


Tachometer , Gear Position Indicator

Engine ECU

H8マイコン Tachometer

パスコン

DAコンバータ

Gear Position Indicator

H8マイコン

パスコン

フィルタリング


Traction Control System

後輪（駆動輪）がスリップ

輪速センサで検知 ECU

点火カット

後輪（駆動輪）の空転を減らす

駆動力を制御

コーナー脱出時のドライバビリティ向上


Launch Control System

アクセル全開スロットルポジションセンサーで検知

スイッチオン

ECU

エンジンを

目標回転数に

点火カット

クラッチを繋ぐ

発進発進時のドライバビリティ向上

Documents

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