Tokai Formula Club 2017年度活動企画書

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1 2017 年度活動企画書 2017 年度活動企画書 東海大学チャレンジセンター

2 学生フォーミュラとは 趣旨 背景 学生フォーミュラは 主役である学生自らの手で構想 設計 製作した車両により ものづくりの総合力を競う大会として 1981 年にアメリカで誕生しました 自動車技術とモータースポーツの両方に精通した専門家たちが集まって世界共通の基本プログラムとルールをまとめ そのルールに則って学生が自らの頭脳と手を駆使してクルマを生み出し 走らせる それが学生フォーミュラです 今日ではアメリカだけではなく 日本をはじめイギリス ドイツ オーストラリア ブラジル 中国など世界 10 数カ国で行われており 世界中から 300 校以上の大学チームが参加しています 競技規則 車両の構成部品についても 安易に既製品等を用いるのではなく できる限り学生自らが製作することが推奨されています 安全面については厳格で緻密な規則が設定されていますが 学生たちの知識や独創性 や構想力存分に発揮できるように 設計上の制約は必要最小限となっています さらに ただ車両を製作するだけではなく コストや設計に関するレポートの提出が義務づけられていることも学生フォーミュラの特徴です 加えて車両はアマチュアレーサー向けに販売することを想定し 年間 1000 台の製造が可能となるような設計 製造工程であることが求められます 審査種目配点一覧 静的審査 動的審査 コスト 100 アクセラレーション 75 プレゼンテーション 75 スキッドパッド 50 デザイン ( 設計 ) 150 オートクロス 150 エンデュランス 300 効率 100 合計 325 合計 675 総合計

3 について 活動経緯 ( 以下 TFC) は 学生フォーミュラ大会への参加を目的として 2002 年に設立されました TFC は 2004 年に日本大会に初参加し 以降毎年欠かさず日本大会に参加しています また TFC は海外大会に参加した経験があります 2006 年にはアメリカ大会へ 2007 年と 2014 年にはオーストラリア大会へ参加しました チーム体制 TFC は 2015 年にチーム体制を学年制から全学年合同チーム制に変更し 歴代で行うことが出来なかった 車両の年次開発を行っています 2017 年度大会参戦チーム 全学年合同チーム制 過去 10 年の大会成績 2016 年度は全学年合同チームとして初めての日本大会参戦となりました 結果は総合 38 位という課題の残る結果になりましたが チーム体制が全学年合同チーム制となったことで速やかな敗因の分析が行え 全ての反省点が共有でき 例年課題となっていた知識 技術の伝承を行うことができました 年総合得点順位 位省エネ賞 3 位獲得 位 位省エネ賞 2 位獲得 2017 年度大会参戦チーム (3 年生 ) 2018 年度大会参戦チーム (2 年生 ) 2019 年度大会参戦チーム (1 年生 ) 学年制 位 総合優秀賞獲得歴代最高順位 位 省エネ賞 2 位獲得 位 スポーツマンシップ賞獲得 位 加速性能賞 1 位獲得 位 総合優秀賞獲得 位 位 3

4 2017年度大会に向けて 活動目的 社会的実践力の獲得 TFC組織図 私達TFCは 学生フォーミュラの活動を 通して 車両を企画 設計 製作をすると 共に 組織の中で自ら考え行動できる人材 になるために実学及び協働をしていく過程 で 社会的実践力を身につけることを活動 の目的としています 活動目標 日本大会総合優勝 私達では日本大会総 合優勝という目標を掲げて活動しており その目標を達成するための最善の手段は動 的種目完全制覇することであると考えてお ります その根拠は動的種目は静的種目に 対して配点が高く 最大で1000点満点中 675点が獲得できるという事実があります この考え方は動的種目を完全制覇できる レベルの車両を開発するためには車両を設 計する際にあらゆるデータに対して裏付け を取る作業が不可欠であるため 完璧な車 両を設計したならばその資料を競技ごとに まとめる静的審査でも結果的に得点が伸び るはずであるという私達の戦略なのです プロジェクトリーダー テクニカルディレクター エンジン マネジメント シャシー 4

5 プロジェクトロードマップ 2016年 9月 10月 11月 12月 2017年1月 大会 走行会 日本大会 日本大会エントリー TF2017設計 TF2017構想 技術開発 TF2017製作 静的対策 プロジェクト移行 決算報告書作成 新入生勧誘 運営 建学祭準備 3月 2月 4月 エコパ試走 建学祭 5月 6月 大会 試走会参加手続き 7月 シェイクダウン 8月 9月 日本大会 エコパ試走 エコパ 富士 もてぎ試走会 TF2017製作 中間決算準備 大会 試走会参戦手続き 5

6 開発車両 TF2017 ドライバーの意のままに レスポンスと操安性の向上 私たちTFCは 全日本学生フォーミュ 前年度の大会参戦車両は スロットル ラ大会で動的種目を完全制覇し 総合優 開度が小さい領域でのトルクの変動が大 勝するため ドライバーの意のままに きく 繊細なアクセルコントロールがで レスポンスと操安性の向上 という きなかったという問題と Rのきつい コンセプトを定めました 総合優勝を獲 コーナーの立ち上がりでプッシングアン 得するには動的種目の完全制覇を達成す ダーが出てしまい操縦安定性が悪い問題 る必要があると考え そのためにはドラ がありました 前年度の反省を生かし イバーの意のままにドライビングできる TF2017ではその反省点を改善した車両 車両が必須であると考えます の開発を行います 2017年度大会参戦車両 TF2017 車両諸元 ホイールベース 1700mm トレッド F/R 1200mm/1200mm 重量 220kg 重量配分 45:55 シャシー タイヤサイズ 10inch ボディ フルカーボンモノコック サスペンション 前後ダブルウィッシュボーン エアロ ディヒューザー,FRウイング, サイドウイング ステアリング ラック ピニオン方式 エンジン 形式 90度V型2気筒DOHC 最大出力 87ps/9500rpm 排気量 693.8cc 最大トルク 75N m/7500rpm ボア ストローク mm 圧縮比 15:1 制御 MoTeC M400 シフト パドルシフト 6

7 エンジン開発 高出力化とドライバビリティの両立 私たちは TF2017 のコンセプトである ドライバーの意のままに ~ 操安性とレスポンスの向上 ~ を達成するため 高出力化とドライバリティの両立をエンジンの開発方針に位置付けました 第 15 回大会からは 排気量の上限が 710cc になったため ボアアップをするとともに V ツインの利点を最大限に生かせるように開発します 上記の開発方針に沿ったエンジン開発を行うため エンジンは前年度に引き続き V 型二気筒エンジンを採用し cc から 693.8cc へのボアアップを実現します V 型二気筒エンジンをボアアップすることにより 低回転域 ~9500rpm までの全域において TF2010 の直列四気筒エンジンと比較して トルクを向上させることができます またフラットな特性であるため 高出力化とドライバビリティに貢献します また 前年度と同様のエンジンを使用することにより 技術継承が容易であり 効率的に開発が行えます 右図は昨年度大会参戦車両 TF2016 の V 型二気筒エンジン ( ボアダウン仕様 ) と TF2010 の直列四気筒エンジンの GTpower による解析で得られた 2017 年度エンジンのトルク 馬力のグラフです グラフから読み取れるように ボアアップを行うことによって圧倒的なポテンシャルを引き出すことが可能になります この曲線およびコンセプトを達成するため以下のようなことを行っています 馬力比較 TF2010 TF2016 TF2017 トルク比較 TF2010 TF2016 TF エンジン開発の主な取り組み 高出力化 ピストン新設計 シリンダーボアの拡大 実測による吸排気管長の選定 カムシャフトの選定 圧縮比の向上 点火時期 燃料噴射量の最適化 ドライバビリティの向上 スロットル径の選定 サージタンク容量の縮小化 パドルシフトの信頼性向上 ギア比の選定 ステップエキゾーストの搭載 7

8 シャシー開発 サスペンション 定常状態での車両安定性の向上 TF2017 では 更なる運動性能の向上を目指します TF2016 では リア部分の荷重移動にサスペンションが追従できず 接地性を損なっていました そこで TF2017 では ホイールベースを 100mm 伸ばすことによって 車両安定性の向上 リアの A アーム長を 50mm 増大させ スカッフ変化を低減させることで 接地性を向上させることを第一に考え より V ツインエンジンの強みを活かせるようなシャシ特性を目指します また 2016 年度は 最適なダンパーの減衰比を研究するレベルまでには行き当たりませんでした 2017 年大会に向けては シェイクダウンを早め より多くのセットを試し車両にとって最適なスプリングとダンパーセッティングを見つけていくことで 応答性の向上とコーナリング時の安定性の向上を図ります ( ロールセンター ) の変化がゼロになるような部品配置のことをいい これを実現することによりコーナリング中の姿勢変化を最小限に抑えることができます また コーナリング中の姿勢変化が少なくなることにより エアロデバイスが安定したダウンフォースを発生させられるようになります 最後に 車両が完成した後は十分な量の走行テストを行い車両の耐久性を検証するとともに エンジン制御ソフトウェアである MoTeC のロガー機能を用いて 車両のシミュレーション結果と実測の結果が正しいかどうか評価を行います TF2017 では 車速 舵角 3 軸 G 各センサの他に ヨーレートセンサ サスペンションストロークセンサを搭載する予定で これによってより正確な性能評価を行います ジャッキアップゼロジオメトリの実現 TF2017 ではジャッキアップジオメトリを採用します ジャッキアップジオメトリとは コーナリング中の車両の回転中心 8

9 シャシー開発 エアロ 軽量で高いダウンフォースを生むエアロデバイスを適切な位置にレイアウトすることで 車両の限界性能と運動性能を両立させ 外乱や姿勢変化に強い安定した空力特性によって操縦安定性を確保し 車両コンセプトを実現します 軽量 ハイダウンフォース フロントウイング主翼の中空化 翼枚数の削減することで全体で約 0.8kg の軽量化を実現します リアウイングステー材質を SCM415 から CFRP に変更し ステー重量約 50% 削減します ボルト径とその種類を見直し デフューザー面積を削減することで 約 30% の軽量化を目指します 化して再使用します また サイドウイングを大型化させ コクピット側部にウイングを配置することで 昨年と比較して約 10% のダウンフォースを増加させる見込みです 安定した空力特性 旋回流再現解析を実施し 旋回流や姿勢変化などを再現することで 旋回状態での空力特性を測ります そして 直線時との変化が少ないデバイス形状とレイアウトの検討をし 安定した空力特性を実現します 16 年度車両搭載モデル 17 年度仮設計モデル 17 年度仮設計モデル ハイダウンフォースフロントウイング主翼に翼弦長の長い翼型を採用することにより 地面効果を活用し 少ない翼枚数での昨年度と同等の性能の実現を目指します さらに 後方の気流を跳ね上げず 他のデバイスの性能低下を抑制します また 昨年度車両のリアウィング単体で 192N の DF を発生させたモデルを軽量 レイアウトの最適化 空力性能 (DF 量 ) と車両運動性能 ( ヨー慣性モーメント 前後重量配分など ) のトレードオフの関係を踏まえ 搭載位置を検討することで エアロデバイス搭載のデメリットを抑えます 旋回流再現解析の様子 9

10 シャシー開発 ボディ カーボンモノコックの構造再検討 前年度大会参戦車両 TF2016 は 車両コンセプトに対するモノコックの目標ねじり剛性値や なぜその形状にするのか 等の設計プロセスが決まっていませんでした TF2016 開発での反省を生かし TF2017 ではこれらの設計プロセスを意識し 車両コンセプトを実現します モノコックの目標ねじり剛性 TF2016 ねじり試験 ( 実測 ) 結果 ( 図 1) から ねじり剛性は 15000NM/deg とわかりました また TF2016 マシン走行後 モノコックに剥離またはクラックの発生は一切なかったことから TF2016 ねじり剛性 15000NM/deg は適切な値であると判断しました また TF2017 では モノコックを一様な円柱と仮定し ねじれ完了時間とねじり剛性の理論式を考えました ( 図 2) 今年度はこの理論式を採用し 目標ねじり剛性を NM/deg と設定します これにより 理論上 1.628msec ねじれ完了時間が短縮し 過渡区間におけるタイム短縮に寄与します モノコックの形状変更 TF2016 ねじり試験 ( 実測 ) から荷重負荷 300N 時以降にモノコック一部において剥離が発生しました ( 図 3) ( 図 4) 黄色箇所は荷重負荷 300N 時以降に剥離が発生した箇所です 赤色のエンジンバルクヘッド ( 隔壁 ) より後ろに多いことがわかります また 剥離箇所近辺にはピン角が多いです そのため 応力が集中したことにより剥離が発生したと考えられます TF2017 ではリア側 ( 隔壁よりも後ろ ) だけ形状変更することにしました ( フロント側は形状同一です ) ピン角を半径 R20 のフィレットに変更しました よって リア側の応力緩和を狙い 剛性値向上を目指します また リア側を TF2016 から 100mm 幅を狭めることで A アーム長増大によるスカッフ変化の低減を狙い タイヤの接地性を向上させます ( 図 5) ( 図 6) 図 1 TF2016 ねじり試験 図 3 TF2016 図 4 TF2016 リア側幅変更点 図 2 TF2017 ねじれ完了時間とねじり剛性の関係 図 5 TF2017 フィレット変更 図 6 TF2017 リア側幅変更点 10

11 スポンサーの皆様 11

12 スポンサーの皆様 12

13 スポンサーの皆様 13

14 活動拠点 神奈川県平塚市北金目 東海大学湘南キャンパスチャレンジセンターものつくり館 1F 交通アクセス 電車 バスでお越しの方 小田急線新宿より快速急行約 60 分小田原より約 25 分東海大学前駅下車徒歩約 25 分 JR 東海道線平塚駅下車東海大学行バス ( 約 30 分 ) 東海大学下車徒歩約 1 分お車でお越しの方 東名高速道路秦野中井 IC より 15 分 小田原厚木道路平塚 IC より 10 分 連絡先 代表麻亮太 Mail:5bed2129@mail.u-tokai.ac.jp Tell: Official website URL: Facebook:

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