Chalmers Formula Studentbil 2010

Hej!
Tänkte det var dags att lägga upp en projekttråd om årets Formula Studentbil.
Bakgrund:
Formula Student drivs på Chalmers som en projektkurs på 15 poäng för masterstudenter och går över ett läsår. I år är vi 25 deltagare från 6 olika masterprogram.

Vi är uppdelade i 6 st undergrupper:

Engine
Suspension
Frame
Unsprung mass
Body
Technical Communications

I år finns det även en Trainee grupp med 3 studenter som har tänkt läsa denna kurs nästa år, men får i år vara med och hjälpa till och få erfarenheter att ta med sig till nästa år.

Den 11/12 2009 hade vi vår designpresentation och nu efter jul har byggandet börjat.

Vårt arbetsmål under året:

"By good teamwork and benchmarking, we will build a reliable, well-documented car, make CFS10 well-known in Scandinavia and finish top ten at Silverstone in July 2010."

Som avslutning på projektkursen kommer vi i Juli att åka till Silverstone och tävla mot ca 85 andra Formula Student team från hela världen.
Under tävlingen bedöms konstruktionen och projektet av domare. Självklart gasas det också, i form av fyra olika körmoment:
Acceleration 0-75m.
Skid-pad, vilket innebär att man köra en figur-8 på kortast tid.
Kort konbana (sprint).
Lång konbana (endurance).
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Några renderade bilder från designpresentationen




--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Jag börjar med en sammanfattad beskrivning av de olika delsystemen i motorn

Motor spec:

Yamaha Fazer 600 cc
Modifierat topplock
Kolfiberinsug
4-1 grenrör
Nira i3+
Torrsumpssystem
Paddle-shift system
Suter Racing slip clutch
Chalmers konstruerad differential (DSLD)
Bilen kommer att köras på bensin vilket ger en restriktor på 20 mm som måste placeras efter spjällhuset.

Motor med drivlina


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Yamaha motorn har använts av Chalmers sedan projektet startades och då det är en pålitlig motor och vi redan hade en så fanns det inga skäl att byta.

I och med restriktorn på 20 mm så gör det att luftflödet in i motorn kommer att vara mindre än original. Detta gör att det inte är nödvändigt att öka arean i insugs kanalen
då restriktorn kommer att chokas (luften kommer upp i mach 1) innan själva insugskanalen blir den begränsande faktorn. Då har fokus istället flyttats till att förbättra förbränningen.
Tanken är att öka förbränningshastigheten och att vi ska köra med en något högre kompression. För att få upp gashastigheten kommer insugskanalen att smalnas av ned mot ventilen och kanalen
kommer även att rundas av ned mot ventilen för att öka på tumble effekten in i cylindern. Att restriktorn chokas på högre varav gör även att det blir svårt att utnyttja ram-effekten och att
vi istället riskerar backflow in i insuget. Detta gör att de kamaxlar som sitter på Fazer motorn original lämpar sig bättre än R6ans då de har en kortare duration. Vi har även tänkt att
testa lite olika kamtider och lyft när vi kör motorn i dynon.

Insuget blir en lätt modifierad version av förra årets design. Det skall tillverkas i kolfiber med runners i aluminium. Restrikorn är monterad direkt på plenumet med en relativt mjuk övergång för att luftfördelningen mellan cylindrarna skall vara jämn. Restriktorns utforming har tagits fram med hjälp av CFD-beräkningar.

För att optimera motorn med avseende på insug och avgassidan har en modell av motorn byggts upp i Gamma technologies motor simuleringsprogram, GT-Power. Detta ger oss möjlighet att
testa olika motorkonfigurationer så som längder på insugsrunners, längder på grenröret, olika kamaxelprofiler och volymen på plenumet.
För att få så exakta simuleringar som möjligt har dels cad ritningarna på de olika delsystemen importerats i programmet och däri satt up de randvillkor som gäller.
Toppen har även flödestestats upp till 9mm lyft på både insugs och avgassidan.

Då en motorcykel motor inte har ett oljesystem anpassat för höga laterala accelerationer (då man Lutar med motorcykeln i kurvorna) måste detta modifieras. För att få ett pålitligt smörjsystem
har därför ett torrsumpsystem designats till motorn. Systemet består av en tvåstegs- externkugghjulspump för evakueringen av vevhuset, orginal gerotor oljepump för trycksättningen av motorn,
en oljetank och ett tråg.

Då vevaxeln sitter så högt upp i vevhuset blir det svårt att montera en anording för att "skrapa av" olja från vevaxeln utan vi kommer att förlita oss på att oljan kommer
ta sig ned till tråget nog fort. De två sugstegen till pumpen sitter diagonalt mot varandra i tråget och kommer att suga från oljekanaler i tråget som går utefter väggarna i blocket. Då kugghjulspumparna
kommer att suga mycket luft har oljetanken designats för att separera luften från oljan. Oljan som kommer från kugghjulspumpen skickas in i oljetanken tangentiellt med väggen för att oljan ska snurra runt
ut med väggen inne i oljetanken. Inne i oljetanken kommer oljan att glida ned efter en spiral formad kana. Dessa två sakar kommer förhoppningsvis att separera tillräckligt med luft från oljan för att det
ska fungera bra. Oljan går sedan från botten av oljetanken ned i tråget och in till orginalpumpen och vidare in i motorn. Tvåstegspumpen kommer att monteras där vattenpumpen sitter orginal.

För att kunna köra så koncentrerat som möjligt och utnyttja motorns effektregister så bra som möjligt har ett paddle-shift system designats. Systemet är pneumatiskt och designat för 1500 växlingar.
Det som begränsar antalet växlingar är att vi kör med en lufttank istället för kompressor. Tanken får fyllas på med luft från depån innan vi kör ut på banan.

Diffrentialen som kommer att användas har utvecklats på Chalmers och är riktningskänslig vilket innebär att den kommer att föra kraften till ytterhjulet vid kurvtagning för att undvika
enhjulspinn vid gaspådrag ut ur kurvor. Den kan köras öppen och helt låst om man vill det. Diffen regleras magnetiskt och styrs via en styrenhet med en g-sensor.

Avslutar med denna bild från Bonneville



Mer info om de olika delsystemen kommer att läggas till eftersom

MVH

Chalmers Formula Student Team

Re: Chalmers Formula Studentbil 2010

Kul att se lite bilder på ert bygge. Måste ta och fixa lite på våran också någon gång. Har ni någon direkt anledning till att inte sätta bärarmsfästena i noderna? Kommer det bli 2-kolvs ok runt om i år också?



Är ni helt säkra vad som är "optimalt"? Antar att förra teamet tyckte att de "optimerade" motorn också, det gå inte att "omoptimera". Är något optimalt så äre det. Ta inte illa upp, tänk bara på att domarna (och även jag) mer eller mindre avskyr ordet "optimera" just för att om någon av oss faktiskt visste vad som var optimalt skulle vi antagligen va bra mycket rikare nu och inte hålla på sånt här.

Känns som om det finns en hel del förbättringspotential på rörramen.. Ser inte så vridstyv ut bla. vid cockpit.

Jag heter David och är med i Suspension-gruppen.
Kör väl vidare med lite info om hjulupphängningen...


Layouten är dubbla länkarmar med dämpare/fjädrar och krängningshämmare som påverkas av push-rods. Dämparna är från Penske, specifierade enligt våra önskemål, d.v.s. de kurvor som vi räknat fram passar vår corner-weight, motion ratio (MR) och naturliga frekvens. Fjädrarna tillverkas av Lesjöfors, även de utifrån våra krav på styvhet, diameter, fri längd och arbetsintervall. Vi har tre kompletta uppsättningar fjädrar att justera med. Krängningshämmaren är av samma typ som sitter på bl.a. Koeniggsegg. Den stora fördelen med hämningskrängaren är att det blir fin paketering med få fästpunkter i ramen.

Som kan ses består den av två justerbara bladfjädrar, vilket både ger stor justermöjlighet och fin upplösning. En farhåga vi hade var att styvheten skulle bli olinjär, d.v.s. Olika styvhet vid olika positioner i fjädringsvägen. Med vår MR och fjädringsväg är dock detta fenomen högst försumbart.
Mycket tid gick till att hållfasthetsberäkna bladfjädrarna. De skall ge rätt utböjning men får inte plasticera, vilket låter lättare än det är. Efter otaliga timmar med FEM lyckades vi få fram krängare som gav rätt styvhet och hade en fin spänningsutbredning.


Vidare till geometrin då. Några övergripande dimensioner:
Hjulbas: 1620 mm
Spårvidd (f/b): 1200/1170 mm
Viktfördelning (f/b): 45/55 %

Vi har använt oss simuleringsverktyget Shark/Raven från Lotus under arbetet med geometrin.


Ska väl inte gå in på för mycket tråkiga detaljer, men generellt har vi såklart designat geometrin för att arbeta däcken så bra som möjligt på bantyperna vi kommer tävla på. En grundförutsättning för detta är att vi har haft tillgång till och analyserat data för däcken. Vidare hjälper det att vi är fyra i teamet som var med vid förra Silverstone-tävlingen och har erfarenhet av banans karaktär.

Egentligen är det inget speciellt med vår geometri. Vi har camber/toe kurvorna som vi vill ha dom. Vi har bra kontroll på rollaxelrörelsen. Scrub radien bak är negativ för att ge stabiliserande compliance toe-in under inbromsning. Och så vidare.

Något som hjälpt oss med bassetupen och vår förståelse för systemet är de helbilssimuleringar vi gjort i Raven. Till den geometriska modellen har vi lagt dämparkurvor, däcksmodell och cg-position. Trögheten i yaw, pitch och roll mätte vi från en gammal bil (CFS07) genom att hänga upp den som en pendel och mäta periodtiden (trögheten går att härledas från periodtiden). Med hjälp av denna helbilsmodell har vi utvärderat balansen/responsen, och hur olika parametrar påverkar. Rätt många intressanta iaktagelser har gjorts, men vi håller lite på dessa tills vi kan bekräfta dem från verkliga tester.

Även om vi tror vi har en okej bassetup har vi byggt in möjlighet att shimsa alla bärarmar upp/ned 5mm, vilket ger oss möjlighet att justera RC-höjd mellan 20-55mm och anti-dive/anti-squat så mycket vi någonsin kommer behöva.

För att sortera ut bilen ordentligt bygger vi verktyg för att mäta corner-weight och toe-vinklar. Inga speciella prylar, men anpassade till vår bil.


Självklart använder vi riktiga rod-ends och sfäriska bussningar (från Aurora) för att undvika onödigt glapp.

Har säkert glömt massor. Rätt svårt att sammanfatta ett halvårs jobb ändå. Är det några frågor på hjulupphängningen eller styrningen, FRÅGA!

Vridstyvheten på ramen är 2450 Nm/grad, enligt FEM. Detta skall vara tillräckligt för att behålla mer än 92% av wheel rate. Flera uppsättningar av den övre sidosträvan, inklusive kryss, har gjorts. Denna design bedömdes ge bäst styvhet/viktförhållande. Vridstyvheten skall mätas på den tillverkade ramen.

Du skriver att ni har bra kontroll på RC, hur ser det ut med IC?

Sen skulle det va kul att se en detaljerad cad på spindlar och nav om de går.

Är vridstyvheten bara ramen eller hub to hub?

Re: Chalmers Formula Studentbil 2010


Allmänna paketeringsanledningar. Strävan som löper längs sidan till ovanför främre övre bärarmen är, som du säkert vet, regulerad i höjd. Hade vi låtit den dyka ned får att låta främre bärarmsinfästningen ligga i en nod hade å andra sidan rockerinfästningen blivit längre. Sen är det gött med raka rör. Bak har jag sämre koll på. Ramgruppen får stå till svars där, men jag tror kanske lösningar som underlättar jiggningsarbetet har prioriterats. Vi vill ha klar bilen i tid och testa mycket.


4-kolvs ok fram, 2-kolvs ok bak. Alllt ifrån ISR. 4-kolvsoken är lättare än motsvarande 2-kolvs ok.

IC OK.

Spindlar och nav kommer när Unsprung Mass-gruppen hittar hit.

Vridstyvheten är hub to hub.

Re: Chalmers Formula Studentbil 2010



Så klart den är optimal, den är ju optimerad
Resultatet är ju inte exaktare än datan du stoppar in och självklart kommer de parametrar som går att testas undersökas i dynon, ex runner-längder.

MVH

Hej!

Intressant tråd och projekt!

Undrar lite om vilka program som är involverade i projektet samt vilken årskurs?

Lycka till!

Mvh
Chrisse

Har inte vissa Formula Studentbilar haft turbo? Har de ändrat reglerna, har jag missförstått, eller har ni valt bort det?

Kul att ni lägger upp det, väntar på resterande grupper

MVH

http://www.kthracing.se/oldcars.html fast med restriktor blir det mer vikt än effekt jämfört med motorer som får andas fritt

Tack så mycket!

Projektet är fritt att söka för alla Chalmersstudenter!
De flesta läser kursen i fyran, men det går bra vilket år som helst egentligen. I år har vi studenter från rätt många olika program, till och med Industriell Ekonomi.

Det är fullt tillåtet, men vi kör utan överladdning av viktskäl. De flesta som kör överladdat numera är de som använder encylindriga motorer.

Är det möjligt för studenter från H-Sektionen att söka detta också? Hela projektet/kursen hade faktiskt undgått min vetskap men o andra sidan inte så förvånande, känns lite som vi är "i en annan del av köping" där ute på Lindholmen

Re: Chalmers Formula Studentbil 2010



Det där låter väldigt intressant! Finns det någon mer info om detta?

Självklart är folk från Lindholmen välkomna!
http://www.chalmers.se/formulastudent är vår hemsida.

Så det är dit ni har flyttat hemsidan, kanske skulle se till att det är den som kommer upp på google och inte eran gamla.

Såg på sidan att ni ska köra på D2692. Är det för att ni har gamla kvar och vill spara pengar eller är det bara en felskrivning? Goodyear slutade att tillverka D2692 för ett år sedan, nya heter D2696. Om de är en felskrivning vad hade ni tänkt att köra på i så fall?

Vi kör 2696 i år.

Re: Chalmers Formula Studentbil 2010



Det ska bli intressant att testa den och se hur bra den fungerar.
Diffen utvecklades genom ett kandidatarbete för 3 år sedan tyvärr vet jag inte hur mycket jag kan lämna
ut om den sedan är det han som håller på med drivlinan som är mest insatt. Jag ska kolla lite på det.

mvh

Det är alltid lika kul att se dessa bilar och hur olika alla skolor tänker när bilarna byggs. Spännande tråd, hoppas även Luleå och KTH visar upp sina bilar till slut...
Är någon vid namn Andreas Thulin med där någonstans på ett hörn?