成蹊フォーミュラプロジエクト : 2011年度活動報告書

(活 動 報 告)

成 践 フ ォ ー ミ ュ ラ プ ロ ジ ェ ク ト

ー2011年

度 活 動 報 告 書 一

榊 原 頗 太 郎*1,佐 川 了 允*1,堀 口 淳 司*2,小 川 隆 申*3,笠 原 和 夫*3,弓 削 康 平*3

Seikei Formula Project

-Activity Report in Fiscal

2011-Shotaro SAKAKIBARA*1, Ryosuke SAGAWA*1, Kazuo KASAHARA*3,

Junji HORIGUCHI*2,

Kohei YUGE*3

Takanobu OGAWA*3 (Received March 30, 2012) 1.は じ め に 2.大 会 概 要 全 日本 学 生 フ ォー ミュ ラ大 会 は,「 もの づ く りに よ る 実 践 的 な 学 生 教 育 プ ロ グ ラム 」で あ り,学 生 が 自 ら構 想 ・ 設 計 ・製 作 した車 両 に よ り,も の づ く りの 総 合 力 を 競 い, 自動 車 技 術 な らび に産 業 の 発 展 ・振 興 に 資 す る人 材 を 育 成 す る こ とを 目的 と して,公 益社 団 法 人 自動 車 技 術 科 会 主 催 に よ り2003年 に ス ター トした 。 大 会 に 参 戦 す る学 生 達 は,毎 年9月 に開 催 され る大 会 に 向 け,約1年 間 を か け て フォ ー ミ ュ ラス タイ ル の 小 型 レー シ ン グカ ー を 開 発 ・製 作 を 行 う。 これ に よ り,機 械 ・電 気 に 限 らず 幅 広 い 実 践 的 な 知識 を 習 得 す る と と もに,コ ス ト管 理 ・マ ー ケ テ ィ ン グ能 力 等 の もの づ く りに お け る総 合 能 力 を養 う こ とが で き,将 来 を 担 う優秀 な 技 術者 を 育 成 す る こ とが 期 待 され て い る。 ま た,昨 今 の若 手 技 術者 や 学 生 に求 め られ て い る 『自 ら問 題 を 発 見 し,解 決 して い く能 力 の 向 上 』 が 期 待 で き る と と もに,も の づ く りの 素 晴 ら しさ ・ 厳 し さ ・喜 び を 実感 し,メ ンバ ー 間 の チ ー ム ワー クや リ ー ダ ー シ ップ を発 揮 して_{,学 生 た ち が もの づ く りを通 し} て 貴 重 な 経 験 を得 る こ とが で き る。 本 プ ロジ ェ ク トは 可 能 な 限 り学 生 だ け の カ で チ ー ム 運 営 す る こ とを 目的 に 活 動 して い る。 本 稿 は 第9回 大 会 に参 加 す る成 膜 フォ ー ミュ ラプ ロジ ェ ク トチ ー ム の2011年 度 の活 動 を総 括 した も の で あ る。 *1:シ ス テ ム デ ザ イ ン 学 科 学 部 生 *2:シ ス テ ム デ ザ イ ン 学 科 助 手 *3:シ ス テ ム デ ザ イ ン 学 科 教 授 表1に 示 す 競 技 内 容 で9月5日 ∼9日 に 大会 が 開催 さ れ た。 チ ー ム の 総合 力 は 静 的 競技 と動 的競 技 の合 計 点 で 競 われ る。 書類 審 査 にパ ス した チ ー ム が 大 会へ の参 加 権 が 得 られ,動 的 競技 へ進 む た め に は,す べ て の 車検 項 目 に パ ス しな けれ ば な らな い。 表1大 会 競技 内容 「 競技 腫目 技術検査 軍 両の安全.設計要葎麗_{バ ー が5秒 以 内 に脱 出 す る試 験 。}馨 全,ライ 車検チ ル トテー ブ ハ車 両45度傾斜で燃料漏れ無 し。ドライバー乗車 し車両60度 傾斜で転覆 しな 0 い こ と 。 騒音試験 所 定 の 条 件 で排 気 音110db以 下 で あ る こと。 ブ レー キ 試 験 指 定 され た コース を加 速 し、四輪 ロックす る ことを 羅 鶴,は 生産活動を行 うにあた。て 考慮 しなけれ ばならない重要な要素 であるこ とを参加者 に学 ばせ るのが狙いである。車両を 静的競据 コス ト 見 な が ら事 前 に 提 出 したコス トレポ ー トの コス ト 精 度 、チ ー ム に 合 等 を確 認 し、レポ ー トの コス トと 100 車 両との適合性 を審査する。一般による製造度 購 買 品 目とな る2項 目 につ い て 、部 品 製 造 プ ロセ スなどのロ頭試問を行いそれらの知識 ・理解度 を評 価 す る。 学 生 の プレゼ ンテ ー ション能 力 を評 価 す ることが 狙 いで あ る。プ レゼ ン テー ション は 、『競 技 の コン プ レゼ ンテー シ ョン セプトに沿い、製造会社 の役員に設計上の優れ 75 て い ることを 確 信 させ る』という仮 想 の シチ ュエ ー シ ョン の もとで行 う。 事前 に提 出した設計資料と軍両をもとに、 設計 どのような技術を採 用し、_{またその設計が市 場性のある妥 当なものか}どのような工夫を 150 を評 価 して い るの か 、す る 。具 体 的 に は 車 体 及 び構成部 品の設計の適切 さ、革新性 加工 性 、補 修 性 、組 立 性 な どに つ い て 口頭 試 問 す る。 アクセ ラレー ション 0-75m加 速 をす る 。各 チー ム2名 の ドライバ ー が そ れ ぞ れ2回 、計4回 走 行 し、タイム を競 う。 75 スキ ッドパ ッド 8の 字 コー ス に よるコー ナ リン グ性 能 評 価 をす る。 各 チ ー ム2名 の ドラ イバ ー が それ ぞ れ2回 、計4回 50 藷 睾 壬鱒 禦 ム.。ケイ。などによる 動的競据 オ ー トクロス 約800mの コー スを2周 走 行 す る 。各チ ー ム2名 の 150 ドラ イバ ー が それ ぞれ2回 、計4回 走 行 し、タイム を競 う。 直 線 ・ター ン ・ス ラロー ム ・シケ イン など に よる周 エンデ ュランス 回路 を 約22km走 行 す る。走 行 時 間 に よって 車 の 300 燃質

譲 讐鰹 鉾磐錫 臨 時の騰 消費

100 一 量 で評 価 す る。 合計 1000

成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告 Vol.49No.1(2012.6) 3.2011年 度 車 両 の 設 計 と 製 作 2011年 度 に製 作 した 車 両 を 図1に 示す 。 図1-bは 他 校 の チ ー ム メ ンバ ー と交 流 して い る,成 瞑 ピ ッ トの 車 両 展 示 の 様 子 で あ る。 2011年 度 は 前年 度 大 会 で 課 題 とな っ た エ ン ジ ンの 冷 却 性 能 の 改 善 と,よ り高 速 度 で コー ナ ー を旋 回 で き る よ う各 パ ー トの性 能 改 善 を図 っ た。 以 下 に 各 パ ー トが 取 り 組 ん だ 車 両 の 設 計 と製 作 を 記 す。 (a)チ ー ム メ ン バ ー一一 (b)ピ ッ トに て 車 両 展 示 図12011年 度 車 両 3.1.吸 気 系 の 設 計 と製 作 動 的 競 技 の オ ー トク ロス ・エ ンデ ュ ラ ンス の コー ス は 直 線 が 短 く,カ ー ブ を 中心 に 構 成 され て い る。 この よ う な コー ス レイ ア ウ トで は 最 高 速 度 よ り立 ち上 が りにお け る加 速 性 能(以 下,ト ル ク と呼 ぶ)が 重 要 な 要 素 とな っ て く る。 そ の た め,立 ち上 が りに お け るエ ン ジ ンの トル クを 向 上 させ る必 要 が あ る。 エ ンジ ン トル ク 向上 の た め に は 多 くの 空 気 を燃 焼 室 に 流 入 させ る こ とが 必 要 で あ る。 そ の 方 法 と して,流 体 損 失 を抑 え る こ とや 動 的 効 果 を 用 い る こ と が 一 般 的 で あ る。 しか し,新 た な 試 み と して 2010年 度 よ り,そ の動 的 効 果 に加 え,音 響 工 学 を取 り入 れ た 共 鳴過 給 効 果 を利 用 し,広 範 囲 の トル ク ピー クを 実 現 すべ く,設 計 を行 っ て い る。 しか し,音 響 実 験 と計算 式 との 比較 は した もの の シ ャ ー シ ダ イ ナ モ 実験 な どのベ ン チ テ ス トは行 えて い な か っ た。 そ こで,2011年 度 は 音 響 工 学 的 動 的 効 果 に よ り,現 実 的 に広 範 囲 で トル ク ピー クを 生成 した か,シ ャ ー シ ダイ ナ モ 実 験 を 用 い て,吸 気 の性 能評 価 を行 う。 吸気 系 の役 割 と構 成部 品 は ガ ソ リン と空 気 の 混合 気 を シ リン ダ 内 に 吸 収 し,こ の 混合 気 を ピス トンで圧 縮 した 後,爆 発 させ て 出 力 を得 る。 吸気 系 は エ ン ジ ン に この 混 合 気 を 送 る役 割 が あ る。構 成 す る各 パ ー一一一ツ を 図2に 示 す 。

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⑦ 吸 気 系 の 構 成 パ ー ッ 図2に 示 したパ ー一一ツ番 号 に該 当 のパ ー一一ツ名,説 明 を 以 下 に記 述 した。 ① エ ア ク リー ナ 吸気 管 の 先端 に取 り付 け,管 内 に ホ コ リな どの 異 物 が 入 らな い よ うに す る 装置 。 ② ス ロ ッ トル ア ク セル に連 動す る弁 を 開 閉す る こ とに よっ て,吸 入 量 を調 整 す る装 置。 ③ リス トリ クタ 空気 吸入 量制 限装 置。 管 の 一部 を絞 る こ とで,吸 入 量 を 一 定 に抑 え る 孔。 競技 な どで装 着 の 規 定 が あ り,そ れ に よ り車 両 の性 能 を抑 え る働 きが あ る。 ④ デ フ ユー ザ リス トリ クタ に よっ て 一度 吸入 量 を 制 限 され た空 気 を 効 率 良 くサ ー ジ タン クに 送 る 装置 。 ⑤ サ ー ジ タ ンク 1本 の 吸 気 管 か ら各 エ ンジ ン燃 焼 室 へ と空 気 を 分 配 す る 為 の 多気 孔。 ス ム ー ズ に 空 気 を 分配 す る 必 要 が あ り,

最 適 な 形 状 が未 だ 絞 られ て お らず,大 会 で は チ ー ム ご と に よっ て様 々 な 形 状 を して い る。 ⑥ イ ンテ ー クマ ニ ホ ー ル ド サ ー ジ タ ン ク とエ ンジ ン を結 ぶ 管 。 この 管 内 で ガ ソ リ ン と空 気 を混 合 し,燃 焼 室 へ と送 る。 ⑦ シ リコ ンホ ー ス 吸 気 管 に お け る各 構 成 部 品 を 接 合 させ る働 きが あ る。 接 合 部 か らの2次 エ ア を 防 ぐた め だ け で は な く,溶 接 を 行 わ ず に接 合,密 閉 す る こ とが で き る利 点 が あ る。 ⑧ イ ン ジ ェ ク タ ス ロ ッ トル の 開 度 ・エ ン ジ ン回 転 数 に応 じて 燃 料 を 噴 射 す る装 置 。 エ ンジ ンは 特 定 の 回 転 域 に トル クの ピー ク,す な わ ち 体 積 効 率 の 極 大 値 を もつ 。 この 現 象 は 吸 気 管 内 の ガ ス 流 動 に よ る動 的 効 果 に 起 因 す る。 動 的 効 果 に は,慣 性 効 果 と脈 動 効 果 の2種 類 が あ り,ど ち ら もイ ンテ ー一一クマ ニ ホ ー ル ドの 長 さ と管径 を 変 更 す る こ とに よ り_{,効 果 の 発 揮} す る回 転数 を 変 更 で き る。 慣 性 効 果(式(1))と は吸 気 行 程 で 生 じた負 圧 波 が 開 口端 で 反射 し,iE圧 波 とな っ て 戻 っ て 来 る こ とに よ り,シ リ ンダ 内 の 体 積 効 率 が 上 昇 す る効 果 で あ る。 ま た,脈 動 効 果(式(2))と は吸 気 内 の圧 力振 動 が そ の 吸 気行 程 終 了 後 も 減 衰 しな が ら吸 気 内 に残 り,次 の 吸 気 行 程 に 影 響 を与 え る効 果 で あ る。これ らの効 果 を得 る た め管 径 を φ42と し, イ ンテ ー クマ ニ ホ ー ル ド長 を決 定 す る。

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30an回 転 数 な= 。ゴ …(・)鰹 駆 漂積 動 的 効 果 で は トル ク ピ ー ク を9000rpmと す る。 式(1), 式(2)よ り9000rpmの と き に 最 大 の 体 積 効 果 を 得 られ る イ ン テ ー ク マ ニ ホ ー ノレ ド長 を 計 軋,385㎜ と し た 。 な お,詳 細 を 図3に 示 す 。 共 鳴過 給 効果,共 鳴過 給効 果 とは,エ ン ジ ン燃 焼 室 か ら与 え られ る負 圧 の脈 動 周波 数 と吸気 系全 体 との 共 鳴周 波 数 を合 致 させ,共 振現 象 を 起 こ して よ り多 くの 空 気 を エ ンジ ン燃 焼室 に送 り込 む効 果 で あ る。 この とき,共 鳴 周 波数 が求 ま る 吸気 周波 数 応 答 を伝 達 マ トリ ッ クス 法 か ら求 め る。 伝 達 マ トリ ッ クス 法 とは,入 口 と出 口を 持 っ 音場 の 寸 法 を用 い,入 口 と出 口の 音圧 と体 積 速 度 の 関係 を 求 め る 手 法 で あ る。 図4の モ デ ル に伝 達 マ トリ ッ クス 法 を適 用 す る と, 2 P 露η

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菰:入 口 で の音 圧 ひ:入 口で の 体積 速度 冗咄 。で暗 圧 7潔 での騰 度 と表す こ とが 出 来 る。 特 に 剛 管 の 場合 に は,

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と 表 す こ と が 出 来 る 。 ( E ) 略 Z ミ ー モ 日 レ 心 -卜 ^ ヤ ζ ; : : 『 竃。。。6。 。。7。 。。 ◆ [ [ [・慣性効果_1 ・邑脈動効果[ [ o ■ ◆ .◆ 1「 〈'( 一 一 II ●

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80009000100001100012000 回 転 数(rpm) 図32011年 度 イ ン テ ー ク マ ニ ホ ー ル ド長 (4) 波数 管の断面積 空気 の密度 音速 管長 伝 達 マ ト リ ッ ク ス(1次 元)は,平 面 波 の 伝 搬 理 論 に 基 づ い て い る。 こ の た め,平 面 波 の 伝 搬 が 仮 定 で き る 限 界 周 波 数 を 超 え て は な ら な い 。 吸 気 は エ ン ジ ン 燃 焼 室 か ら加 振 さ れ る が,最 大 値 はll6.7Hz(14000rpm)で あ る 。 断 面 形 状 が 円 形 の 場 合 の 限 界 周 波 数f。1は,式(5)で あ る。 1.2200f ,i=2 a (5) c:音 速 a:断 面 の 半 径 断 面 形 状 が 矩 形 の 場 合 の 限 界 周 波lkf、2は,式(6)で あ る。 f。2=05-L 一(6) L:長 辺 の 長 さ

成 踵 大 学 理 工 学 研 究 報 告 Vol.49No.1(2012.6) 大 会 で の 気 温 を30℃ と す る と,音 速 は349.5m/sで あ る 。 吸 気 最 大 円 形 断 面 の 半 径0.024mを 式(5)に 代 入 す る と8883Hzが 得 られ る 。ま た,最 大 矩 形 断 面 の 長 さ0.28m を 式(6)に 代 入 す る と624Hzが 得 ら れ る 。 伝 達 マ ト リ ッ ク ス 計 算 を 用 い て 予 測 す る 周 波 数 はll6.7Hz以 下 で あ る の で,伝 達 マ ト リ ッ ク ス 法 を 適 用 で き る 。 エ ン ジ ン がn回 転 の と き,燃 焼 室 か ら 与 え られ る 脈 動 の 周 波 数 亀gは,空 気 を 流 入 す る こ と が 出 来 る 吸 気 バ ル ブ の1つ が 開 い て い る 状 態 と し て 算 出 す る と 式(7)と な る 。 11 ノ壕=η ×石δ ×互 (7) 次 に,吸 気 周 波 数 応 答 の 算 出 方 法 に つ い て 説 明 す る 。 図5の エ ン ジ ン(吸 気 バ ル ブ ロ)が 空 気 を 吸 入 す る こ と で 吸 気 内 部 を 伝 搬 す る 脈 動 が 生 み 出 さ れ る 。 そ の た め,エ ン ジ ン 吸 気 バ ル ブ をP、nとU、nと す る 。 逆 側 の ス ロ ッ ト ル ロ を 大 気 開 放 のP。utとU。utと す る 。

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P , び 図5吸 気 モ デ ル 君 式(8)は 式(3)を 分 解 し て 全 体 をP。utで割 りP、n/P。utと し, 式(9)で は そ れ を 音 圧 レベ ル(SPLI)に 変 換 す る 。 こ の 式 (9)の 結 果 を 図6の 縦 軸 と す る 。 た だ し,Z。utは ス ロ ッ ト ル か ら 吸 気 内 部 を 見 た と き の 音 響 放 射 イ ン ピ ー ダ ン ス で あ り,開 端 で あ る の で 式(10)に ス ロ ッ トル 各 寸 法 を 代 入 し てZ。utを 求 め る 。 B z 、 十 = 傭 ぱ σ P 。 B 十 P 。 P 。 = P , P 。 P SPL1=201091・ 汁 out ・・(9) (8) Z .,,,-fl×(ん α4)】+ノ ぐ ・(・ ・k・)一 一・(1・) 式(ll)は,式(3)を 分 解 し,全 体 をU、、で 割 る こ と でPm/ Umを 求 め,音 圧 レ ベ ル(SPL2)に 変 換 し た も の で あ る。 図 7は 式(ll)を 縦 軸 と して い る が,Um=1(吸 気 バ ル ブ が 常 に 開 状 態 で 速 度 が 与 え ら れ て い る 状 態)と す れ ばPmの 値 が わ か る 。 SPL2=2010910 AZ+BO艇 cz+DO紐 "(ll) 図6と 図7の 線Aは2010年 度 設 計,線Bは2011年 度 設 計 で あ る。2010年 度 設 計 は 音 圧 の 谷(過 給 が 得 ら れ な い 回 転 数)が50Hz(60001pm)に あ り,7000rpmで も音 圧 は 向 上 し て い な い 。 一 方_{,2011年 度 設 計 の ほ うが 音 圧 の 谷 が 低 回 転 域 に あ} り,5000rpmか ら の 広 範 囲 で 共 鳴 過 給 効 果 に よ る過 給 が 得 られ,加 速 性 能 が 向 上 す る と 予 想 さ れ る 。 60 50 筆4。 立30 々20 10

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5000rpm 7000rpm 図6Pln/P。 、tを縦 軸 と し た 吸 気 周 波 数 応 答 0 020405080司00120140160 脚,1_{」安 故IlI/1} 1 5000rpm

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7000rpm B 図7Pln/UI,(Uln=1)を 縦 軸 と し た 吸 気 周 波 数 応 答 吸 気 系 の 設 計 と製 作 し た パ ー ツ の3次 元CAD図 と完 成 品 を 図8∼ 図llに 示 す 。 図8∼ 図10は リ ス ト リ ク タ と軽 量 コ ンパ ク トな サ ー ジ タ ン ク お よ び イ ン テ ー ク マ ニ ホ ー ル ドで あ る。 図llに 吸 気 系Assy図 を 示 す 。 図8リ ス ト リ ク タ のCAD図 と 完 成 品

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図9サ ー ジ タ ンク のCAD図 と完 成 品 図10イ ン テ ー ク マ ニ ホ ー ル ドのCAD図 と 完 成 品 図11吸 気 系AssyのCAD図 と 完 成 品 次 に シ ャ ー シ ダ イ ナ モ 実 験 で 車 両 の 駆 動 輪 に 被 駆 動 さ れ るn-一 ラ 部 を 図12に 示 す 。シ ャ ー一一一シ ダ イ ナ モ と は シ ャ ー一一シ ダ イ ナ モ メ ー タ ー一一(chassisdynamometer)の 略 で_, 主 と し て 車 の 動 力(馬 力 ・ トル ク)を 測 定 す る た め の 装 置 で あ る。 ロ ー ラ の 上 に 車 の 駆 動 輪 を 乗 せ,エ ン ジ ン の カ で ロ ー ラ を 回 す こ と で 各 回 転 数 で の トル ク や パ ワ ー を 数 値 化 ・グ ラ フ 化 し て 表 示 す る。 さ ら に,タ イ ヤ か ら ロ ー ラ へ 伝 達 さ れ る 車 両 駆 動 力 に 応 じ_{,ロ ー ラ の 速 度 や 走} トル ク を 制 御 す る の で,実 際 の 走 行 と 同 等 の 負 荷 を 車 両 に 与 え ら れ る。

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表2実 験装置諸 元 最大計測馬力 736kW(1000PS) 最 大 計 測 トル ク 980Nm(100kgm) 最 大 計 測 エ ン ジ ン回 転 20000rpm 最大計測速度 360㎞h 計 測 可 能 タイ ヤ サ イ ズ 10∼20イ ン チ 速度検 出方 非接触電磁式 最大許容軸荷重 2500kg ロ ー ラ 外 径 318.3㎜ ロ ー ラ 幅 2200㎜ リフ ト使 用 空 気 圧 6∼8kgf/cm2 本 体 寸 法(㎜) L935×W2505×H475 本体重量 1350kg 使用電源 AClOOV 実験 手順 ① フォ ー ミ ュラ 車 両 は最 低 地 上 高 が低 い た め,車 体 底 部 が ロー ラ と接 触 しな い よ う後輪 は タ イ ヤ径 の 大 き い もの と交換 す る。 ② ロー ラの 上 に 駆動 輪 で あ る 後輪 を載 せ る。 ③ ロー ラか ら試 験 車 両 が移 動 しな い よ う車 両 を試 験 設備 の ア ンカ ー に ロー プ で 拘束 す る。 ④ エ ン ジ ン を ス ター トさせ,ギ ア を1速 か ら5速 ま で シ フ トア ップ して い き,5速 を保 ち フ ル ス ロ ッ トの 状態 で試 験 を行 う。 図13の 横 軸 は 回 転 数 を 表 し て お り単 位 は[rpm],左 縦 軸 は 馬 力[PS]・ トル ク[kgm]を 表 して い る 。 図 中 の 大 き な ノ コ ギ リ 波 は ギ ア の 変 速 状 況 で あ る 。 1鋸 鑑 一 ・・・…1・ ・SsSl・ ・ ?3δ 資 DO ・333 0 B

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成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告 Vol.49No.1(2012.6) る 。 吸 気 管 長 の 設 計 に お い て 慣 性 ・脈 動 効 果 か ら 得 ら れ る トル ク ピ ー一一ク の 設 計 回 転 数 は9000rpmで あ り,共 鳴 過 給 効 果 に よ っ て ト ル ク が 向 上 す る の は 回 転 数 5000rpm以 降 で あ る 。 しか し,測 定 で 得 られ た グ ラ フ の 7500rpmの 点 で は す で に トル ク 曲 線 が 下 降 を 始 め,慣 性 ・脈 動 効 果 で 狙 っ た 回 転 数 域 の9000rpm付 近 に は ト ル ク ピ ー ク は 確 認 で き な か っ た 。 こ の 原 因 と して 考 え ら れ る の は,空 気 量 制 限 装 置 で あ る リス ト リ ク タ の 影 響 が で て い る も の と 考 え ら れ る 。 3.2.排 気 系 の 設 計 と製 作 2011年 度 は チ ー一一ム の意 向 で あ る9000rpmに トル クバ ン ドを設 定 し管 長 を決 め た 。 ま た,製 作 性を 考 慮 して 曲 げ 触 をR-60,80㎜ の2種 類 にK艮定 し,更に 最 大 触 を 90度 にす る こ とで管 内 の流 体 抵 抗 を抑 え る形 状 と した。 耐 久性 の 向 上 と,消 音性 能 の 向 上 に 取 り組 ん だ 。 排 気 管 の 変 更 点 は 表3に 示 す よ うに2010年 度 の 排 気 管 長 に 対 して130㎜ 臨 し,パ イ プ の厚 み を1.5㎜ か ら1.4㎜ に 変 更 し醒 化 を図 った 。 排 気 管 長 は 式(1), (2)か ら排 気 管 内 の 平 均 ガ ス 温度 を456℃ と仮 定 して 求 め た(図14)。 表32010年 度 と2011年 度 排 気 管 比 較 2010年 度 2011年 度 全長(㎜) 1000 870 厚 み(㎜) 15 1.4 重 量(kg) 5.2 4.2 1B 16 14 …12購1 塁OB o6 e4 02 0 500060DO

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◆1唱性効果 ■脈動効果 ■ ○ ■ ● ● 1 了000BOOOgOOO100001100012000 回 転 数 〔rpm} 図14慣 性 効 果 と脈 動 効 果 の 得 られ る排 気 管 長 エ ン ジ ン接 合 部 集合部

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図15排 気 管概 要 図 図16車 載 した排 気 管 次 に排 気 消音 器 の 設計 と製 作 を 示す 。 排 気 消 音器 は エ ン ジン か ら排 出 され る排 気音 を拡 張室 に て 共 鳴 させ,減 音 す る 装置 で あ り,大 会 の レギ ュ レー シ ョ ンで 騒音 レベ ル はllOdBA以 下 と決 め られ て い る。2011年 度 排 気 消音 器 は 図17に 示 す2010年 度 消 音器 の排 気原 音 の 周波 数分 析 の結 果 を 元 に,丸 部 に 示 され て い る 卓越 した 周波 数 で あ る,366Hz及 び554Hz,823Hz付 近 の周 波数 を 消 音す る。 140 120 100 ε 田eo 鴇 ・・ 40 20 0 1 10 10010001000010000Q 周 盾 数(H=) 図172010年 度 消 音 器 の 排 気 原 音 排 気 管 で は集 合 部 に お い て 管径 が 拡 大 して い るた め 射 波 が 起 き,動 的 効果 が 得 られ る と考 え られ て い る。 よ っ て エ ン ジ ン接 合 部 か ら第2集 合 部 まで の 長 さ(図15参 照) を,9000rpmの 慣 性 効 果 と脈 動 効 果 が 得 られ る0.676m と した 。 車 載 した排 気 管 を 図16に 示 す。 排 気 消音 器 の 内部 構 造 を 図18に 示 す。 パ ンチ ン グパ イ プ に は 消音 材 で あ る グ ラス ウー ル が 巻 きつ けて あ る。 図 19に2010年 度,図20に2011年 度 に製 作 した 排 気 消 音 器 の 構 造 図 を示 す。2011年 度 モ デ ル は 内 管径 を 大 き く し仕 切 板 を 追加 して い る。 排 気 ガ ス は 図 の左 か ら入 り右側 に排 出 され る。

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紅 看 呂 -一 図202011年 度 排 気 消 音 器 内部 構 造 験 を行 い,理 論 との整 合1生を検 証 す る。 ホ ワイ トノ イ ズ (20kHz)を 流 し,拡 張 室 を 通 した 入 口側 の 音 圧 と,出 口 の 音圧 の差 を減 衰 比 とす る。2011年 度 モ デ ル の排 気 消 音 器 を用 い て 図22の 装 置 で 実 験 を行 った 。 1だ 一カーアンプH・ ソ・ンH・ 町.フ 付 一■ ・伽 フー プ ト

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… 一 ・賭 ・ド 300mm 図22実 験 概 要 図 伝 達 マ トリッ クス 法 に よっ て 求 め た2010年 度 と2011 年 度 モ デ ル の排 気 騒 音 の 減 衰 量 を図21に 示 す。 50 一 コト!11年度 40 31〕 2〔i 毫1。石 蘇o 崖 ・10 一21二[ 〕∩ 3.1で 述 べ た 平 面 波 で の理 論 に は,高 い 周 波数 に お い て の理 論 の確 立 に 限 界 が あ る。 この理 論 が 成 り立 た な く な り始 め る周 波 数 を 限界 周 波 数 とい い,式(12)か ら限 界 周 波数 はfc=1959Hzと 求 ま る。図23か ら も この周 波数 付 近 以 降 で 波形 に乱 れ が あ る。 よっ て今 回,考 察 を して い く1000Hzま で の 周 波 数 領 域 にお い て は,平 面 波 で の 伝 達 マ トリ ック ス 法 が有 効 で あ る こ とが確 認 で き た。

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fc=2

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60 ゴo 塞o 伽0 攣 一20 一40 (12)c:音 速[m/s], a:半 径[m] 一 実験値 周 波 数[Hzl 図232011年 度 モ デ ル の 減 音 量 図24に 実 験 値 と理 論 値 を比 較 した波 形 を示 す 。 50 0 一30 一40 周 波 散IHz1 図212010年 度 と2011年 度 モ デ ル の 減 衰 量 比 較 366Hz付 近 で は,2010年 度 よ り減 衰 量 が 減 少 して い る も の の,554Hz及 び823Hz付 近 で は10Hz以 上 減 衰 量 が 向 上 し て い る。 次 に 減 衰 量 の 妥 当 性 実 験 を 確 認 す る た め ス ピ ー カ ー 実 30 11iiO 面 饗10・ -30 一 実 験値 一50 論 イ 04060800100 周 波 数 「Hz1 図242011年 度 モ デ ルの 理 論 値 と実 験 値 比 較

成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告 Vol.49No.1(2012.6) 366Hz及 び554Hz,823Hz付 近 の 周 波 数 にお い て10dB ∼30dB消 _{音 して い る こ とが確 認 で き ,実 験結果 と理論} 値 の 減 音 特 性 は 一 致 性 が 高 く理 論 の 整 合 性 を確 認 す る こ とが で きた 。 図24の 結 果 は 拡 張 室 の 構 造 をモ デ ル 化 した もの あ っ た の で パ ンチ ン グパ イ プ を考 慮 した 場 合 の 同 様 な 音 響 的 影 響 に つ い て 調 べ た(図25参 照)。 パ ンチ ン グパ イ プ の 開 口率 は 面 積 費 で36%も の を使 用 して い る。一 般 的 に 開 口率 は25%以 上 で あ れ ば殆 どパ ン チ ン グ材 部 分 で の 音 波 の 反 射 は 無 い と され て い る。 2mm 1鴨L聖

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一一…-T 冒 図25パ ン チ ン グパ イ プ有 りの 内部 構造 ＼ 、 停 止 時1.5G旋 回 時 (a)バ ッ フ ル プ レ ー一一ト無 し

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停 止 時15G旋 回 時 (b)バ ッ フル プ レー ト有 り 図27燃 料 の 片 寄 り結 果 、

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50 40 3a 盟2Q 10 D 10 一 パ ンヂングパイ づあ 的 一 バ ンヂングパイ ラな し 周波数圓 図26パ ンチ ング パ イ プ有 無 の 減 衰 量 比 較 lOOO ベ ッ フ ル プ ・一 ト1 図28燃 料 タ ンク の 内 部 構 造 図26よ り,パ ンチ ン グパ イ プ を装 着 して も音 圧 レベ ル の 減 音 量 に 変 化 が な い こ とが確 認 で きた 。 3.3.燃 料 タ ンク の 設 計 と製 作 車 両 が 旋 回 す る と,車 体 に 遠 心 力 が 発 生 し,燃 料 が 片 寄 る。 燃 料 の 片 寄 りが 大 き くな る と燃 料 吸 い 込 み 口が 空 気 を 吸 い 込 み,エ ンス トを 起 こ して しま う。 この エ ア レ ー シ ョン とい う現 象 を 防 ぐた め に ,タ ンク内 に片寄 り防 止 板(バ ッ フル プ レー ト)を 設 置 す る。 バ ッ フル プ レー トの 形 状 や 位 置 を 流 体 解 析 ソフ トSTAR-CCM+を 用 い て 流 体 解析 を 行 い 決 定 した 。22kmの 耐 久 走 行 で あ るエ ンデ ュ ラ ンス 走 行 中を想 定 し,タ ン ク内 の 燃 料 が 残 りle, 遠 心 力1.5Gで2.6秒 間 旋 回 して い る状 況 を想 定 して 解 析 を 行 っ た 。図27は 停 止 時 と15Gに お け る解 析 結 果 で あ る。 解析 の 結 果 か ら,旋 回 中 で も燃 料 が 残 って い る図 28に 示 す 位 置 に燃 料 の吸 込 口を設 定 した。 3.4.カ ウ ル の 設計 と製 作 設計 段 階 で製 作性 を考 慮 したデ ザ イ ンを と り,流 体解 析 ソフ トを 用 い て 車 両周 りの 流れ 解 析 を行 い,ラ ジ エ ー タ を含 む サ イ ドポ ッ ト内 外 の 流れ を調 べ る。 カ ウル とは エ ンジ ンや フ レー ム を覆 う外 装 の こ とで, マ シン 先端 か ら コク ピ ッ ト前 ま で を覆 っ て い る ノー ズ と, コ ック ピ ッ トの 両側 に設 置 され て い る サ イ ドポ ッ トの2 つ の部 位 か ら構 成 され て い る(図29参 照)。 カ ウル の 製作 に お い て オ ス 型 の 粗加 工 はCADデ ー一一タ を 基 に モデ リン グマ シン に よ り 自動加 工 させ る が,表 面 処 理等 は 手 作業 で行 わ な けれ ば な らず 複 雑 な形 状 で は 多 大 な製 作 時 間 を費 や す こ と にな る。2011年 度 モ デ ル は 2010年 度 モ デ ル に対 して 製 作 時 間 を考 慮 し,エ ッジ 数 を 減 ら したデ ザ イ ン と した(図30参 照)。

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図292011年 度 車 両 の カ ウ ル 、 '、 1エ・ジが少 な・] ラ ジ エ ー タ へ導 かれ て い る。 サ イ ドポ ッ ト後端 が絞 り込 ま れ て い る こ とか ら空気 の流 れ は,後 輪 タ イ ヤ 内側 に 回 り込 ん で い る こ とが確 認 で き る。 卜. '_{・"eb7,su・ ㌦1螂1「 り'O臼圏'IVI.ts.} は     り   を  ぼお        ゆ     よ  ■■■■■■■■■■■1■ ■ 1:s (a)2010年 度 カ ウ ル(b)2011年 度 カ ウル 図30カ ウ ル の デ ザ イ ン 比 較 流 体 解析 用 に 車 両 の 簡 易 モ デ ル を 作 成 し,流 体 解 析 ソ フ トSTAR-CCM+に て サ イ ドポ ッ ト内外 の 流 れ を 調 べ た 。 ラ ジエ ー タは 均 質 な 多 孔 質 の 物 体 と して モ デ ル 化 し た 。 計 算 時 間 を短 縮 す るた め に1/2モ デ ル モ デ ル と し, 走 行 風 は45km/hで 解 析 を行 っ た。 45km/h 図31解 析 モ デ ル 図32に 示 す タ イ ヤ 中心 軸 上 の 水 平 断 面 の 解 析 結 果 を 図33に 示 す 。 図32解 析 結 果 表 示 断 面 (a)車両周 りの 速度 分布 14

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{ (b)車両 周 りの 圧 力 分布 図33流 体 解 析 結 果 3.5.フ レ ー ム の 設 計 と 製 作 フ レ ー一一ム は 軽 量 化 と 高 剛 性 が 必 須 で あ る 。2011年 度 フ レ ー一一ム は フ ロ ン トフ ー一一プ を1部 材 追 加 し て ド ラ イ バ ー の 膝 周 り の ス ペ ー一一一ス の 拡 大 を 図 っ た(図34参 照)。 図342011年 度 フ レ ー ム ノー ズ に 衝 突 した 空 気 とそ の 周 辺 の 空 気 は 左 右 に分 か れ,タ イ ヤ と ノー ズ サ イ ド部 間 で 加 速 して サ イ ドポ ッ ト へ と流 れ 込 ん で い く。 サ イ ドポ ッ トの 空 気 取 り入 れ 口か ら ラジ エ ー タ へ 侵 入 した 空 気 の 流 れ は,大 き な 渦 もな く 3次 元CAD,CATIAのCAE機 能 を 用 い て フ レ ー一一ム の ね じ り 剛 性 を 調 べ た 。 図35に 解 析 結 果 を 示 す 。2011年 度 モ デ ル の ね じ り 剛 性 はll50Nm/deg,2010年 度 モ デ ル の1070Nm/degに 対 し て7%ア ッ プ し た 。

成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告 Vol.49No.1(2012.6)

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図352011年 度 フ レー ム の 剛 性 解 析 3.6.サ ス ペ ンシ ョン とス テ ア リ ング の 設 計 と製 作 2011年 度 の 車 両 コ ンセ プ トか ら,初 心者 か ら上 級 者 ま で様 々 な ドライ バ ー の 要 求 に応 え られ る車 を 目標 に, 下 の3つ を重 視 して設 計 を行 っ た。 ・運 動 性 能 の 向 上 軽 量 化 な どに よ る旋 回 ・加 速 ・制 動 性 能 の 向上 ・生 産 性_{,信 頼 性 の 向 上} 互 換1生の あ るパ ー一一ツ 設 計 や とパ ー ツ 間 に ゆ と りを もた せ たパ ッケ ー ジ ン グ で 生 産 性 ・整 備 性 の 向 上 。 ま た CAEに よ る強 度 解 析 で信 頼 性 の あ る設 計 。 ・セ ッテ ィ ン グ幅 の 増 大 各 パ ー ツ に 調 整機 構 を設 け,ア ライ メ ン トや ス テ ア 特 性 や コー ナ リン グ特性 の 幅 を 広 げ る 表4ア ー ム に か か る荷 重 の 軽 減 量 フ ロ ン ト リ ア 制動 時[N] 一212 _.5 一106 _.5 旋 回 時[N] 一337 _。0 一285 _.5 こ の 結 果 よ り,ア ー一一ム に 使 用 す る パ イ フ.の厚 み を2010 鞭 輌 で 襯 し て い た1.6㎜ か ら1.2mmに す る こ と で 軽 量 化 を 行 っ た 。 サ ス ペ ン シ ョ ン シ ス テ ム の 軽 量 化 の 詳 細 に つ い て は,表4で 示 す 。 ま た ジ オ メ ト リー一一設 計 に お い て ベ ル ク ラ ン ク に 入 力 さ れ る 荷 重 を2010年 度 車 両 よ り も 小 さ くす る こ と で,ベ ル ク ラ ン ク の 軽 量 化 を 行 っ た 。 図36の オ レ ン ジ 色 の 部 品 が ベ ル ク ラ ン ク で あ り, タ イ ヤ の ス ト ロ ー ク を サ ス ペ ン シ ョ ン に 入 力 す る部 品 で あ る。

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図36ベ ル ク ラ ン クの 動 作 原 理 サ ス ペ ンシ ョン とは,路 面 の 凹 凸 を車 体 に 伝 えな い 緩 衝 装 置 と して の機 能 と,車 輪 の 上 下 動 や 操 舵 に よ る車 両 の 姿 勢 を 定 め,車 輪 の 路 面 に 対 す る接 地性 を 維 持 す る こ とで乗 り心 地 や 操 縦 安 定 性 な どの 改 善 を 目的 とす る機 構 で あ る。サ スペ ン シ ョン シ ステ ム の設 計 次第 で乗 り心地, 操 縦 安 定性,旋 回性 能 が 大 き く変 化 す るの で 重 要 な パ ー ツ で あ る。 2010年 度 車 両 にお い て 問題 とな っ て い た イ ン リフ ト の 抑 制 や 対 地 キ ャ ンパ ー 角 の ポ ジテ ィブ 方 向 へ の 変 化, ロー ル オ ー バ ー な どの 改 善 も考 慮 し,車 両 コ ンセ プ トと 軽 量 化 を 重 視 して 設 計 ・制 作 を行 っ た 。 ア ップ ライ ト側 の 上 下 ア ー ム 取 付 け点 を広 げ る こ とで, ア ー ム に 入 力 され る力 を少 な く させ,安 全 率 を落 とす こ とな く軽 量 化 を図 っ た 。 制 動 時 と旋 回 時 に お け る各 ア ー ム に か か る荷 重 を2010年 度 車 両 と比 較 し,そ の 軽 減 量 を表5に 示す 。 2010年 度 で 使 用 して い た ベ ル ク ラ ン ク で は厚 さが 5㎜ のア ノレミ板 鞭 肌 て い た が,か か る荷 重 徽 少 した た め,厚 さが3㎜ の ア ノレミ板 鞭 肌,軽 量化 を 図 っ た。 図37ベ ル ク ラ ン クの 解 析 状 況 安 全 率 を6.0か ら3.0ま で 下 げ る こ と に よ っ て,強 度 を 保 ち つ つ 軽 量 化 を 行 っ た 。 表5に お い て,サ ス ペ ン シ ョ ン シ ス テ ム 全 体 で 行 っ た 軽 量 化 の 結 果 を 示 す 。 全 体 の 合 計 で は2010年 度 車 両 よ り も1.07kg,16.3%の 軽 量 化 に 成 功 し た 。

表5サ ス ペ ン シ ョンシ ス テ ム で の 軽 量 化 結 果 2010年 度 [kg1 2011年 度 [kg1 削 減 重 量 [kg1 削減 率 [%1 ア ー ム 6.1 5.1 1.0 16.4 ベ ル ク ラ ン ク 0.45 0.38 0.07 15.6 合計 655 5.48 1.07 16.3 キン グビン 角 キングビン軸

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1ス クラ淵 副 前 二 過 去 の 車 両 で は 使 用 し て い な か っ た ベ ル ク ラ ン ク の 回 転 部 に ベ ア リ ン グ を 搭 載 す る こ と に よ っ て,タ イ ヤ と サ ス ペ ン シ ョ ン の ス トロ ー ク を よ りス ム ー ズ に し,無 駄 な 動 き を 無 く す よ うに し た 。 ベ ア リング flキ ャスター角1 キノグビノ袖 図38ベ ル ク ラ ンク 構 成 と使 用 した ベ ア リン グ 転 舵 キ ャ ンパ ー を 考 慮 し フ ロ ン トは 制 動 時,リ ア は タイ ヤ が 転 舵 しな い の で 旋 回 時 に キ ャ ンパ ー 変 化 を抑 え る よ うに ジ オ メ トリー を設 計 した 。 転 舵 キ ャ ンパ ー を 考 慮 し た キ ャ ンパ ー 角 は 次 式 で 求 め られ る。 φ=φo+arccos(si1θkcosσ)+θk+arccos(sinθcsinσ)-180 こ こ で,φ:キ ャ ン パ ー 角[。] φo:イ ニ シ ャ ル キ ャ ン バ ー一一角[。] θk:キ ン グ ピ ン 角[。] θ、:キ ャ ス タ ー 角[。] σ:操 舵 角[。]で あ る 。 この 転 舵 キ ャ ンパ ー は 車 体 が ロー ル した と き に発 生 す る キ ャ ンパ ー 角 とは 打 ち 消 しあ う方 向 に 発 生 す るた め,タ イ ヤ が 転 舵 す る フ ロ ン トタイ ヤ で は 制 動 時 の キ ャ ンパ ー 変 化 を抑 え るジ オ メ トリー 設 計 を行 い,リ ア で は タイ ヤ が 転 舵 しな い た め,旋 回 時 に キ ャ ンパ ー 変 化 を抑 え る ジ オ メ トリー 設 計 を行 っ た 。 図39各 ジ オ メ トリ ー 角 表6に2010年 度 車 両 と の 比 較 を 示 す 。な お,こ こ で は 制 動 日寺は サ ス ペ ン シ ョ ン の ス トn-一 ク 量 が30[㎜],旋 回 時 は 車 両 のn-一 ル 角 が2.0。 の 時 の キ ャ ン パ ー 角 を 比 較 し た も の で あ る 。 表6キ ャ ンパ ー 変 化 の比 較 車 両 制 動 時 の フ ロ ン ト 旋 回時 の リア 2010年 度 1.25。 1,36。 2011年 度 1.ll。 0,96。 表6の よ う に 制 動 時 の フ ロ ン トは 一〇.14。,旋 回 時 の リ ア は 一〇.40。 キ ャ ン パ ー 変 化 を 抑 え る こ と に よ っ て,そ れ ぞ れ の 接 地 率 が 約0.6%,1.8%向 上 し た 。 ス タ ビ ラ イ ザ ー一一 を 搭 載 す る こ と で 十 分 な ロ ー ル 剛 性 を 得 る と と も に,ス タ ビ ラ イ ザ ー一一ア ー ム に 調 整 用 の 取 付 け 点 を3つ 用 意 し, 前 後 合 わ せ て9通 り の セ ッテ ィ ン グ 幅 を 設 け た 。

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図40ス タ ビラ イザ ー の ロー ル 剛 性 調 整 機 構 車 高調 整 や ア ライ メ ン ト調 整 の 簡 易 化 を 図 る た め,タ ー ンバ ック ル機 構 を 前後 プル ロ ッ ドと リア タイ ヤ の トー 角 を調 整 す るサ イ ドロ ッ ドに それ ぞれ 搭載 した。 特 に 車 高調 整 は 車 両 の 重 心 を変 える 最 も簡 単 で か つ効 果 が 大 き い の で,調 整 範 囲 が 大 き い ほ ど,セ ッテ ィ ング 幅 が 広 く な り,選 り取 りバ ー の好 み に合 っ た セ ッテ ィン グが 可能 とな る。プル ロ ッ ドに ター ンバ ックル 機 構 が ない もの と, 騰 さ れ て い る も の で は,調 整 幅 が ±8.6㎜ か ら ±17.1㎜ と2倍 の調 整 幅 が で き る よ うに な っ た。 図41 に タ ー ンバ ック ル機 構 を 搭載 し,製 作 した プル ロ ッ ドを 示 す。

成 踵 大 学 理 工 学 研 究 報 告 Vol.49No.1(2012.6) ,」 ■ 蔦 dr 剣 ■ ■ ■ ■ ■. 酒 一耳' 図41タ ー ンバ ック ル機 構 を搭 載 した プ ル ロ ッ ド ま た,ア ー ム ・サ ス ペ ンシ ョンで使 用 す るボ ル トの 径 をM8に 統 一 す る こ とで整 備 性 の 向 上 を 図 っ た。 これ に よ りセ ッテ ィ ン グや パ ー ツ 交 換 の 際 に 使 用 す る工 具 を 取 り換 え る必 要 が 殆 どな くな るの で 作 業 効 率 が 向上 され た 。 ス テ ア リン グシ ス テ ム の役 割 とは 車 両 の 進 行 方 向を 任 意 に 変 え る操舵 シ ス テ ム の 事 で,車 の 三 大 要 素 の 一 つ で あ る 「曲 が る」 に 相 当 す る。 図42で 示 す 櫨 色 の部 分 の設 計 と製 作 を行 っ た。 こ れ に よ っ て ど の よ うに 性 能 が 変 化 し た か,以 下 に 述 べ る 。 2010年 度 車 両 との 大 き な変 更 点 は ラ ック の位 置 を ロ ア ア ー ム の 取 り付 け 点 よ り も後方 側 に 設置 した こ とで あ る。 これ に よっ て どの よ うに性 能 が変 化 した か,以 下 に 述 べ る。

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2010年 度 2011年 度 図43ジ オ メ ト リー の 比 較

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図42ス テ ア リング シス テ ム 2010年 度 車 両 は旋 回性 能,重 量 に つ い て 問 題 点 が 挙 げ られ た 。 これ は 例 年,課 題 とな っ て い た 操 舵 力 の 軽 減 を最優 先 に した ジ オ メ トリー 設 計 を行 っ た た めで あ る。 2010年 度 車 両 は旋 回 を 主 と した コー ス で は 内 輪 の 横 滑 りが 目立 ち,曲 が りに くか っ た 。 原 因 と して は,内 外 輪 角 と も同 じ舵 取 り角 に な る,パ ラ レル ス テ ア リン グで あ っ た と考 え られ る。 この 状 態 で は 左 右 の タイ ヤ が 違 う点 を中 心 に 旋 回 し よ うとす るた め,内 輪 の性 能 を 生 かせ ず, 旋 回 が しづ ら くな っ て しま う。2011年 度 は運 動1生能,操 作 性 の2つ の性 能 を考 慮 した 上 で設 計 を行 っ た。 内 外 輪 の 旋 回 中 心 が 同 一 に な る よ う,内 輪 の 切 れ 角 を大 き く し て い る状 態 を ア ッカ ー マ ンス テ ア リン グ と呼 び,ス ム ー ズ な 旋 回 が 可 能 とな り,横 滑 りが 起 きに く くな る。 一 般 的 な レー シ ン グカ ー で は パ ラ レル ス テ ア リン グを 採 用 す る傾 向 が あ る。超 高 速 の 限 界 走 行 で は 大 きな 横Gが か か るた め,ほ とん ど外 輪 を使 っ て コー ナ リン グ を して い る の で,内 輪 の性 能 を生 か して もあ ま り意 味 が な い 。 しか し学 生 フォ ー一一ミ ュ ラで はn-一 ル 量 がFlに 比 べ て か な り 小 さ く,内 輪 も十 分 に使 えて い るの で 内 輪 の 性 能 を よ り 引 き出 す こ とが で き るア ッカ ー マ ンジ オ メ トリー を採 用 した 方 が 良 い と考 え られ る。2010年 度 車 両 との 変 更 点 2010年 度 車 両 との 大 き な 変 更 点 は ラ ック の位 置 を ロア ア ー ム の 取 り付 け 点 よ りも後 方側 に 設 置 した こ とで あ る。 ア ップ ラ イ ト側 の ボ ー ル ジ ョイ ン ト座 標 が ロア ア ー ム 取 り付 け 点 の 前 方 に 配置 した 場合,ア ッカ ー マ ンジ オ メ トリー を 実 現 させ る た め に は タイ ヤ側 に近 づ け る必 要 が あ る。 しか し,タ イ ヤ の 内部 との 干渉 が起 き て しま い, ア ッカ ー マ ンジ オ メ トリー に 必 要 な 内 外輪 切 れ 角 の 差 を 十 分 に 出す こ とが で き な い。 した が っ て2010年 度 車 両 は パ ラ レル ス テ ア リ ング にせ ざる を え な か っ た。 反 対 に ロア ア ー ム 取 り付 け 点 の 後方 に配 置 した場 合 に は,フ レ ー ム側 に配 置す れ ば よい_{。 した が っ て タ イ ヤ との干 渉 が} な くな り,ア ッカ ー マ ン ジ オ メ トリー を満 たす た め に必 要 な座 標 に 取 り付 け る こ とが 可能 とな っ た。 加 田 一誉 ξ 罵 露 攣 蜜 川 内 輪 りrれ 声.岐伽 曜1 図44内 輪 切 れ 角 と外 輪 切 れ 角 の 関 係 2010年 度 車 両 で は 内 輪 角30.4。,外 輪 角29.4。 で あ っ た が,ラ ッ ク の 位 置 を 変 更 し た こ と に よ り,2011年 度 車 両 で は 内 輪 角29.6。,外 輪 角25.7。 ま で 切 る こ と が で き, ど れ だ け ア ッ カ ー マ ン理 論 曲 線 に 近 づ い て い る か を 表 す ア ッ カ ー マ ン 率 を52.0%,2010年 度 と 比 べ て265pt向 上 させ る こ と が で き た 。 これ に よ り,内 輪 の 性 能 を 引 き 出 せ る よ うに な っ た 。 ラ ッ ク の 位 置 を 後 ろ に 置 く こ と に よ り,ナ ッ クル ア ー ム の 長 さ も確 保 す る こ と が 可 能 と な

っ た 。2010鞭 で は ナ ッ ク ノレア ー一一ム 回 転 半 径 が 約61㎜ で あ っ た が,2011年 度 で は 約75mmま で 確 保 し た 。 ス テ ア リ ン グ の リ ン ク 配 置 に よ る 幾 何 学 的 な 力 の 伝 達 効 率 で あ る 。 フ ル ス トロ ー ク 付 近 に な る と 伝 達 効 率 が 落 ち て し ま い,操 舵 力 が 重 く な っ て し ま う。2011年 度 車 両 で は ラ ッ ク と タ イ ロ ッ ドの 角 度 を3.5。 に す る こ と で フ ル ス ト ロ ー ク 時 の 伝 達 効 率 を95%に 向 上 させ る こ と が で き た 。 以 上 の2点 を 改 良 し た 上 で 末 切 り時 に お け る 操 舵 力 の 測 定 を 行 っ た と こ ろ,2010年 度 車 両 の 操 舵 力57Nか ら 2011年 度 車 両 の 操 舵 力 は30Nと な り,47.3%削 減 す る こ と が で き た 。2011車 両 で は ド ラ イ バ ー ス ペ ー一一ス を 確 保 し た フ レー ム 設 計 だ っ た た め,ダ ブ ル で は な く シ ン グ ル タ イ フ。の ユ ニ バ ー サ ル ジ ョイ ン トで あ っ て も,ド ラ イ バ ー の 操 作 性 に 影 響 が 出 な い ハ ン ドル 角 度 で 考 え シ ン グ ル タ イ プ を 採 用 し た 。 こ れ に よ り,シ ャ フ ト部 分 を0.35kg 軽 量 す る こ と が で き た 。 ス テ ア リ ン グ 全 体 の 重 量 と し て は 約0.16kg,2010年 度 と 比 べ て19.3%の 軽 量 化 を 行 う こ と が で き た 。 (1)サ ス ペ ン シ ョ ン シ ス テ ム の 設 計 結 果 ① キ ャ ン パ ー 変 化 を 抑 え た 設 計 を し,接 地 率 が フ ロ ン ト 約0.6%,リ ア 約1.8%向 上 し た 。 ② ア ー ム に 入 力 さ れ る カ を 少 な く さ せ,強 度 を 保 ち な が ら サ ス ペ ン シ ョ ン シ ス テ ム 内 で 約1.07kg,2010年 度 比 一16.3%の 軽 量 化 を 行 っ た 。 ③ ス タ ビ ラ イ ザ ー の ロ ー ル 剛 性 調 整 機 構 に よ っ て,前 後 を 組 み 合 わ せ て,9通 りの セ ッ テ ィ ン グ が 可 能 と な っ た 。 ④ タ ー ン バ ッ ク ノレ騰 に よ っ て,輻 謹 幅 を ±8.6㎜ か ら±17.1㎜ に 増 や し,セ ッテ ィ ン グ 幅 を 広 げ,よ り ド ラ イ バ ー の 好 み に 合 っ た セ ッ テ ィ ン グ が で き る よ うに な っ た 。 ⑤ サ ス ペ ン シ ョ ン シ ス テ ム で 使 用 す る ボ ル ト径 をM8に 統 一 し た こ と に よ っ て 整 備 性 の 向 上 を 図 っ た 。 問 題 点 と し て,以 下 の2つ が 今 後 の 課 題 と な る 。 ・フ ロ ン トと リア で ジ オ メ ト リー 設 計 方 針 が 大 き く 違 っ た た め,前 後 で 車 両 特 性 に 差 が 出 て し ま い,旋 回 中 の 限 界 が ド ラ イ バ ー に 伝 わ りに く く,ド ラ イ バ ビ リテ ィ ー を さ げ る も の に な っ て し ま っ た_。 ・ス タ ビ ラ イ ザ ー を 搭 載 し て い た の に も か か わ ら ず_,イ ン リ フ トや オ ー バ ー ロ ー ル が 発 生 し て い た 。 (2)ス テ ア リ ン グ シ ス テ ム の 設 計 結 果 ジ オ メ ト リー の 見 直 し を 行 う こ と に よ っ て,ラ ッ ク の 位 置 を 変 更 し,以 下 の 点 に つ い て 改 善 さ せ る こ と が で き た 。 ① 外 輪 角25.7。,内 輪 角29,6。 切 れ る よ うに す る こ と で, ア ッ カ ー一一マ ン 率 を52%ま で 向 上 させ,横 滑 り の 起 き に く い ジ オ メ ト リ ー 設 計 を 行 っ た 。 ② ナ ッ クノレア ー一一ム の 長 さ を 約61㎜ か ら75㎜ ま で 延 長 させ る こ と に よ り,ナ ッ ク ル ア ー一一ム 回 転 力 を 約22,8% 減 少 させ た 。 ③ ラ ッ ク と タ イ ロ ッ ドの 角 度 を 約0.35。 と 平 行 に な る よ うな ジ オ メ ト リ ー 設 計 を 行 い,フ ル ス ト ロ ー ク 時 の リ ン ク 効 率 を95%に 向 上 させ,効 率 的 に 伝 達 す る リ ン ク 配 置 を 行 っ た 。 ④ ナ ッ クル ア ー ム 回 転 半 径,リ ン ク効 率 に つ い て 改 良 を 行 い,末 切 り 時 の 操 舵 力 を 測 定 し,30N,2010年 度 と 比 較 し て47.30/・の 削 減 を 実 現 さ せ た 。 4.ま と め 2011年 度 は チ ー一一ム の 主 力 メ ン バ ー一一で あ る 学 部4年 生6 名 と下 級 生9名 で の チー ム体 制 で あ っ た。 チ ー一一ム の ス ケ ジ ュー ル 管 理 が で き て お らず 下級 生 の 作業 支援 を受 け て の 車 両製 作 で は あ っ た が,車 両 の 完成 が 大 会 直 前 とな り 車 両 の 完成 度 を煮 詰 め る た め の試 走行 を行 うこ とな く本 大 会 に挑 む こ と とな っ た。 この た め,大 会 で は 車検 時 に 発 生 した燃 料 系 とブ レー キ 系 の トラブ ル を ク リア に で き ず,車 検 不 通過 とな り動 的競 技 を 行 うこ とな く2010年 度 の総 合 結 果16位 か ら62位 と大 き く成績 を 落 と して し ま っ た。 2012年 度 は この 反 省 を生 か し,チ ー一一ム体 制 を 立 て 直 して 早期 の 車 両 完成 を 目指す 。 最後 に本 プ ロジ ェ ク トの 実施 に あ た りエ レク トロメ カ ニ ク ス 学 科 お よび 学 園,成 瞑 会 と 多 く の企 業 や 個 人 の 方 々 に 活動 費 を ご援 助 い た だ い た。 活 動 面 に お い て もプ ロジ ェ ク トに 関 わ っ て い た だ きま した す べ て の 皆様 に感 謝 の意 を表 す 次 第 で あ る。 研 究 室 所 属 メ ンバ ー 榊 原 順 太 郎(小 川 研 究 室:チ ー ム リー ダ ー,カ ウ ル ・ ラ ジ エ ー タ ・燃 料 タ ン ク 担 当) 山 田 一 貴(小 川 研 究 室:マ ネ ー ジ メ ン ト リ ー ダ ー, 吸 気 ・マ ッ プ ・エ ン ジ ン ・電 装 担 当) 葛 西 和 輝(笠 原 研 究 室:コ ス ト管 理,フ レ ー ム ・コ ッ ク ピ ッ ト担 当) 関 根 大 祐(弓 削 研 究 室:会 計 管 理,ス テ ア リ ン グ ・ ア ッ テ ネ ー タ担 当) 神 本 瑛(小 川 研 究 室:会 計,排 気 管 ・マ フ ラ ー ・シ

成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告 フ タ ー 担 当) 佐 川 了 允(弓 削 研 究 室:Web,ア ー一一ム ・サ ス ペ ン シ ョ ン 担 当) 参 考 文 献 [1]学 生 フ ォ ー ミ ュ ラ カ ー一一の 設 計 と製 作,2010年 度 卒 業 論 文 [2]本 田 技 研 工 業 株 式 会 社:2007CBR600RRサ ー ビ ス マ ニ ュ ア ル [3]本 田 技 研 工 業 株 式 会 社:HONDAパ ー ツ カ タ1コグ1 版CBR600RR7[EBL-PC40] [4]小 島 克 己:自 動 車 用 ラ ジ エ ー タ,日 本 自 動 車 部 品 工 業 会,2005 [5]飯 田 明 由,小 川 隆 申,武 居 昌 宏:「 基 礎 か ら学 ぶ 流 体 力 学 」,オ ー一一ム 社,2007 [6]CDAJ:http:〃www.cdaj.cojp/ [7]古 浜 庄 一 著:エ ン ジ ン の 事 典,朝 倉 書 店,1994 [8]HONDAマ イ ス タ ー一一ク ラ ブ 宮 田 卓 英:「 エ ン ジ ン整 備 講 座 テ キ ス トCBR600RREngine編 」,2009 [9]HONDAマ イ ス タ ー一一ク ラ ブ 宮 田 卓 英:Formula-SAE チ ャ レ ン ジ 講 座 応 用 編 エ ン ジ オ イ ル ・エ ア レ イ シ ョ ン,2010 [10]小 茂 鳥 禾口生,渡 部 英 一:内 燃 機 関 工 学,実 教 出 版, 1987 [ll]日 本 騒 音 制 御 工 学 会 編:騒 音 制 御 工 学 ハ ン ドブ ッ ク, 技 報 堂 出 版,2001 [12]福 田 基 一,奥 田 裏 介:騒 音 対 策 と 消 音 設 計,共 立 出 版,1967 [13]宇 野 高 明:車 両 運 動 性 能 と シ ャ シ ー一一メ カ ニ ズ ム,グ ラ ン プ リ出 版,1994 [14]景 山 克 三:自 動 車 の 操 舵 性 ・安 定 性,山 海 堂,1992 [15]安 部 正 人:自 動 車 の 運 動 と 制 御,山 海 堂,1993 [16]野 崎 博 路:サ ス チ ュ ー一一ニ ン グ の 理 論 と実 際,山 海 堂, 2000 [17]技 術 中 核 人 材 育 成 委 員 会:自 動 車 開 発 ・製 作 ガ イ ド, 社 団 法 人 自 動 車 技 術 会,2007 [18]前 川 徳 允:薄 肉 台 形 殻 体 の 衝 撃 圧 潰 特 性,(2008年 度 修 ± 論 文) [19]有 光 隆 著:図 解 で わ か る は じ め て の 材 料 力 学,技 術 評 論 社,1999 Vol.49No.1(2012.6)