成蹊フォーミュラプロジェクト : 2016年度活動報告書

(活 動 報 告)

成 蹟 フ ォ ー ミ ュ ラ プ ロ ジ エ ク ト

ー2016年

度 活 動 報 告 書 一

赤 穂

雄 也*1,堀

口 淳 司*2,酒

井

孝*3,小

川

隆 申*3,弓

削

康 平*3

齋 藤

洋 司*3,小

方

博 之*3,笠

原

和 夫*3,岩

本

宏 之*4

SeikeiFormulaProject -ActivityReportinFiscal2016一

YUyaAKAHO*1,JunjiHORIGUCHI*2,TakashiSAKAI*3,TakanobuOGAWA*3

KoheiYUGE*3,YojiSAITO*3,HiroyukiOGATA*3,KazuoKASAHARA*3,HiroyukiIWAMOTO*4

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、 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 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

をか けて 小 型 レー シ ン グカ

ー の設 計 ・製 作 を 行 う

_{。 これ に よ り、 幅 広 い 実 践 的 な 知}

識 を 習 得 し、 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 、 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

力 で チ ー ム 運 営 す る こ とを 目的 に 活 動 して い る。

本稿 は 第14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2016年

度 の 活 動 を 総 括 した もの で あ

る。

表1に 示 す 競 技 内 容 で9.月6日 ∼10日 に 大 会 が 開 催 さ れ た 。

表1大

会 競 技 内 容

審査 種目[配 点] 審 査概要 車検 _{① 車 両 の安 全 ・設計 要 件の 適 合 、② ドライバ ーの5秒 以 内脱} [0] _{出、③ブ レー キ 試験(4輪 ロック)、④ 騒 音試 験(所 定の 条 件で} 排気 音110dB以 下)、⑤ チル トテー ブル 試験(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 しない) [静的審査] 予算 とコストは、生産 活 動を行 うにあたって考 慮 しな けれ ばなら コス ト _{な い重 要な要 素 であることを参 加 者 に学 ば せる ことが 狙 い。車} [100] _{両を見 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} ムによ る製造 度 合等 を確認 し、レポー トのコス トと車 両との適 合 を 審査 す る。一般 に購 入 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 。 プ レゼ ンテ ー ション _{学 生 のプ レゼ ンテー ション能 力を評 価す ることが 狙い。プレゼ} 【75] ン テー ション は、『審査 の コン セプトに沿い 、製 造会 社 の役 員 に 設 計 上 の優 れ 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。 デ ザ イン(設 計) 事 前 に提 出 した設計 資 料と車 両 をもとに 、どの ような技 術 を採 [150] 用し、どの ような工 夫 をして いるか 、またそ の採 用 した技 術が 市 場 性 の ある妥 当なもの かを評 価す る。具体 的 には 、車 体 およ 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 ロ頭試 問 する 。 [動 的 審 査] ア クセラ レー シ ョン 【75] 0-75m加 速 。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。 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 。各 チー ム2名 の ドラ 【50] イバ ー がそれ ぞ れ2回 、計4回 走 行 し、タイム を競 う。 オー トクロ ス _{直線 ・ター ン ・スラロー ム ・シ ケイン などによる約800mの コー ス} [150] _{を2周 走 行す 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。エンデ ュランス は、この オー トクロス の早 いチー ム 順に走 行 す る。 エン デ ュラ ンス 直線 ・ター ン ・スラロー ム ・シ ケイン などによる周 回 路を約20km [300] 走行 す る。走 行 時 間によって車 の全 体 性 能と信 頼 性を評価 す る 。 燃 費 [100] 耐久 走 行時 の 燃料 消 費量 で評 価す る。 合 計[1000】 *1:シ ス テ ムデ ザ イ ン学 科 学 部 生(プ ロジ_{ェ ク トリー ダ ー)} *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 *4:シ ス テ ムデ ザ イ ン学 科 准 教 授

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。

3.大

会 結 果

図1に 大 会 会 場 で の チ ー ム メ ン バ ー の 集 合 写 真 を 示 す 。 表2は 今 年 度 チ ー ム(以 下 、SFT-10)の 第14回 全 日本 学 生 フ ォ ー ミ ュ ラ 大 会 の 結 果 で あ る 。 _...一一 朧r「TOYOτA義 器 詣 、.___一

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表2大

会 結 果

審査項 目 配点 2015年 度 得点 2015年 度 成績 2016年 度 得 点 2016年 度 成 績 デザイン 150 F lO400 9 F 65.00 44 プ レゼンテー ション 75 47.37 20 33.75 38 コスト 100 56.39 9 32.95 26 アクセラレー ション 75 54.41 19 一 一 スキッドパッド 50 16.78 32 一 一 オー トクロス 150 90.95 一 7.52 61 エンデュランス 300 F 20100 10 一 一 燃費 100 43.94 29 一 一 総合成績 1000 614.84 ll 13922 58

今 年 度 は カ ウル の 製 作 が 遅 れ て い た た め、 カ ウル 未 装

着 で の試 走 を 大 会 直 前 ま で 行 っ て い た 。 カ ウル 装 着 で の

走行 が 大 会 当 日とな り、 取 り付 け作 業 に 時 間 を費 や した

こ とか らア ク セ ラ レー シ ョン とス キ ッ ドパ ッ ドの 競 技 に

不 参加 とな っ た 。 オ ー トク ロス に は 車 両 の 走 行 準 備 が 整

い 出 走 で き た の だ が 、 カ ウル の 取 り付 け強 度 不 足 か ら走

行 中 に カ ウル を 脱 落 させ て しま っ た 。 この こ と に よ りエ

ンデ ュ ラ ンス の 出 走 資 格 が 得 られ ず 動 的 競 技 を終 了 した 。

SFT-10の 大 会 総 合 成 績 は参 加93チ ー ム 中58位 と昨 年 度

か ら大 き く順 位 を 下 げ て しま っ た 。

4.2016年

度 車 両 の 設 計

で ア マ チ ュ ア レ ー サ ー に ク ル マ の 楽 し さ を 提 供 す る こ と が で き た 。 し か し安 全 性 に お け る配 慮 が 不 足 し て お り、 ユ ー ザ ー が 安 心 し て クル マ を 楽 し む こ と に 対 す る 開 発 が な され て い な か っ た 。 そ こ でSFT-10で は ユ ー ザ ー に 安 心 し て ク ル マ を 楽 し ん で も ら う 「信 頼 で き る 楽 し さ 」 を加 え た4つ の 楽 し さ を 追 求 す べ く 、 コ ン セ プ ト と し て 「楽 し さ の 追 求 」 を 掲 げ た 。 図2にSFT-10の3面 図 、 図3に 車 両 のCAD図 を 示 す 。 図2SFT-10の 三 面 図 4.1車 両 概 要 2016年 度 の 車 両 を 設 計 す る に あ た り、車 両 コ ン セ プ ト は 「楽 し さ の 追 求 」 と 掲 げ た 。 昨 年 度 車 両(以 下 、SFT-09) で は 「楽 し さ の 具 現 化 」を コ ン セ プ トと して 掲 げ て お り、 人 馬 一 体 と な っ て 意 の ま ま に ク ル マ を 「操 る 楽 し さ 」、車 両 の 基 本 性 能 を 追 求 し 、 競 技 性 能 を 向 上 さ せ た ク ル マ で レ ー ス を 「競 う楽 し さ 」、整 備 性 ・意 匠 性 向 上 に よ る 「所 有 す る 楽 し さ 」 と い っ た3つ の 楽 し さ を 具 現 化 す る こ と

図3SFT-10のCAD図

4.2フ

レー ム の 設 計

フ レー ム は す べ て の パ ー ツ と関 わ りが あ り、 車 両 の 骨

格 部 品 で あ る。 昨 年 度 は フ レー ム 担 当 とそ の 他 パ ー ツ 担

当 との 意 思 疎 通 を 十 分 と り設 計 して い た が 、 足 回 りパ ー

ツ の 取 り付 け が難 しか っ た 。 ま た エ ンジ ン を降 ろす こ と

が で き な い 問題 が あ っ た 。

以 上 の よ うな 反 省 を踏 ま え

て 、今 年 度 は 特 に 足 回 り担 当 と密 に 連 携 し設 計 す る こ と

で 車 両 の 動 的性 能 の 向 上 に 寄 与 しつ っ 、 各 パ ー ツ との 整

合性 や マ ウ ン トの 設 計 を 見 直 し、 新 しい パ イ プ 径 の 導 入

に よ り軽 量 か つ 高 剛 性 な フ レー ム を設 計 、 製 作 す る こ と

を本 研 究 の 指針 とす る。

現在 、 学 生 フ ォ ー ミ ュ ラで は 軽 量 か つ 剛 性 が 高 い ア ル

ミ製 の ス ペ ー ス チ ュ ー ブ フ レー ム や モ ノ コ ッ ク構 造 を採

用 す る大 学 が 年 々 増加 して い る。 モ ノ コ ッ ク構 造 は コス

ト面 で ス ペ ー ス フ レー ム 以 上 に 多 くか か るた め断 念 した 。

ま た 、 ア ル ミニ ウム を 用 い た 軽 量 化 も検 討 した が 、 溶 接

が難 し く技 術 的 に 不 可 能 で あ る と考 え 、2016年 度 フ レー

ム は ス チ ー ル(STKMIIA、STKM13A)を

用 い た スペ ー ス

チ ュ ー ブ フ レー ム を採 用 した 。

今 年 度 車 両 フ レー ム は 足 回 り周 辺 の 局 所 剛 性 向 上 、 フ

レー ム 全 体 の ね じ り剛 性 向 上 、 軽 量 化 、 エ ンジ ン と足 回

りの 取 り付 け 易 さの4つ

を実 現 す る設 計 を行 っ た 。

足

回 り取 り付 け位 置 の 局 所 剛 性 向 上 に 関 して は サ ス ペ ン シ

ョ ンア ー ム の 取 り付 け 点 に フ レー ム の パ イ プ 集 合 点 を設

け る こ とで(図4、

図5)、 旋 回 時 に発 生 す るね じ りを フ

ロ ン ト車 軸 に加 え た 時 の ブ ラケ ッ トの 変 形 量 を昨 年 度 よ

りも10.1%抑

制 す る こ とが で きた 。 ま た 、 リア ア ー ム ブ

ラケ ッ トも同様 に リア 車 軸 に ね じ りの 偶 力 を起 こ した 際

の 変位 を 抑 え る 目的 で ブ ラケ ッ トを節 点 に配 置 す る こ と

を検 討 した 結 果 、 旋 回 時 に 発 生 す るね じ りを リア 車 軸 に

加 え た 時 の ブ ラケ ッ トの 変 形 量 を 昨 年 度 よ りも23.3%抑

制 す る こ とが で き た 。 ね じ り剛 性 向 上 に 関 して は 、 昨 年

度 フ レー ム は 図6の

よ うに 前 輪 と後 輪 問 の 高 い位 置 に フ

レー ム パ イ プ が 配 置 され て お らず 、 車 両 旋 回 時 で ね じ り

の 偶 力 に 弱 い構 造 とな っ て い る こ とが わ か っ た 。 この こ

と を 踏 ま え た 結 果 、 図7の よ うに サ イ ドイ ン パ ク トス ト ラ ク チ ャ ー と メ イ ン フ ー プ ブ レ ー ス の 上 部 に パ イ プ を加 え 、ね じ り に よ る 変 形 を 抑 え た 設 計 を 行 っ た 。そ の 結 果 、 ね じ り 剛 性 が36.8%向 上 し た 。

図4昨

年度の取 り付 け位置

図5今

年度 の取 り付 け位置

図6昨

年度 フ レー ム

図7今

年 度 フ レー ム

エ ン ジ ン マ ウ ン トに つ い て は 、 エ ン ジ ン の 脱 着 を フ レ ー ム の 下 部 か ら行 え る よ うに 設 計 し た_{。 そ の 理 由 は 上 部} か ら の 場 合 、 フ レ ー ム よ り約2倍 の 重 量 が あ る エ ン ジ ン を ク レ ー ン で 持 ち 上 げ る こ と に な り、 こ れ は 危 険 で あ る と判 断 し た た め で あ る。 下 部 か ら エ ン ジ ン の 取 り付 け を 行 う場 合 、 取 り付 け 経 路 と溶 接 さ れ た エ ン ジ ン マ ウ ン ト が 干 渉 す る 。 よ っ て 、 干 渉 し て し ま うマ ウ ン ト を 取 り外 し 可 能 な 構 造 に す る こ と と し た 。 こ れ に よ っ て フ レ ー ム 整 備 性 を 向 上 させ る こ と が で き た 。ま た 、昨 年 度 と 同 様 、 エ ン ジ ン と ボ ル ト、 ナ ッ トの 脱 落 を 防 ぐ た め に ロ ッ ク ナ ッ トを 利 用 し た 。 1 ＼ ン'一 一一   ま

瞬 盛

図8サ

ス ペ ン シ ョン取 り付 け 点

足 回 りの取 り付 けや す さ向 上 は 、 サ ス ペ ンシ ョン取 り

付 け部 周 辺 に ノー ドを集 中 させ る こ とで 取 り付 けや す さ

を 向 上 、 ま た 図8の

よ うに 取 り付 け点 に パ イ プ を ク ロス

させ て配 置 す る こ とで 、 正確 か つ簡 単 に 取 り付 け を行 え

る よ うに した。

軽 量 化 に 関 し て は 、 パ イ プ 径 を 増 や し、 肉 厚 を 減 ら す こ と で 、 軽 量 化 を 図 っ た 。 フ レ ー ム で 使 用 した パ イ プ 径 と 肉 厚 を フ レ ー ム ア イ ソ メ 図 で 示 し た も の が 図9で あ る 。

図9今

年度 フ レー ム ア イ ソメ 図

?mm・

図11ア

クセ ル 最 適 化 結 果

4.3ペ ダ ル ユ ニ ッ トの 設 計 図10は 今 年 度 設 計 し た ペ ダ ル ユ ニ ッ トの ア セ ン ブ リ モ デ ル で あ る。 ● ● 図12ク ラ ッ チ 、 ブ レー キ ペ ダ ル 最 適 化 結 果 図10今 年 度 ペ ダ ル ユ ニ ッ ト 一 般 的 な マ ニ ュ ア ル ト ラ ン ス ミ ッ シ ョ ン 車 両 と 同 様 に ア ク セ ル 、ブ レー キ 、ク ラ ッ チ ペ ダ ル が 設 置 さ れ て お り、 そ れ ぞ れ ス タ ン ドに ボ ル トと ナ ッ トで 締 結 さ れ て い る 。 各 ペ ダ ル の 締 結 部 に は ベ ア リ ン グ が 挿 入 さ れ て お り、 締 結 部 を 軸 と し て 回 転 自 由 度 が 与 え ら れ る こ と に よ っ て ド ラ イ バ ー は ペ ダ ル を 操 作 す る こ と が で き る 。 昨 年 度 導 入 し たaltair社 製 最 適 設 計 ソ フ トsolidThinking Inspireを 今 年 度 も 採 用 し た 。 本 ソ フ トは 部 材 の 肉 抜 き 穴 や 形 状 な ど を 設 計 変 数 に し 、 トポ ロ ジ ー 最 適 設 計 を す る こ と が で き る。こ の ソ フ トを 用 い て ア ク セ ル 、ブ レー キ 、 ク ラ ッ チ ペ ダ ル の 解 析 を 行 い 、 最 適 化 結 果 を も と に 設 計 を 行 っ た 。 図ll、 図12に 各 ペ ダ ル の 最 適 設 計 結 果 を 示 す 。

図11、 図12の

結 果 を も とに3次 元CADソ

フ トCATIA

を用 い てモ デ リ ング を行 っ た。

ア クセ ル ペ ダル は ドライ バ ー が 車 両 を加 速 させ るた め

に操 作 す る部 品 で あ る。 した が っ て ドライ バ ー の 入 力 を

リニ ア に 吸気 系 に伝 え るた め 、軽 量化 か つ 高 剛性 な ペ ダ

ル を 目指 す 。 材 料 は 昨 年 度 同様 アル ミニ ウム 合 金A5052

を使 用 した。 ま た 、 ね じ り剛性 向 上 の た め 、 昨 年 度 よ り

入 力 方 向 に対 して垂 直 に2mm外

形 寸 法 を増 加 した。モ デ

リ ン グ した形 状 をCArlAの 解 析 機 能 を用 い て 、ペ ダ ル踏

力500Nの

初 期 条 件 で 強 度 解 析 を行 った 。

図13に

ア ク セル ペ ダル の 強度 解 析 結 果 を示 す。 ペ ダ

ル 下部 に24.5MPaの

最 大 応 力 が発 生 してお り、A5052の

材 料 強度120MPaに

対 して 十 分 な強 度 が あ りペ ダル 周 り

の取 り付 け 剛性 等 も考慮 し形 状 を決 定 した。 同様 に ブ レ

ー キ ペ ダ ル

_{、 ク ラ ッチペ ダ ル につ い て もInspireの トポ ロ}

ジ ー形 状 を参 考 に最 終形 状 を決 定 した。

● ● L

,,

● _﹂ 唱 燗 1.5 2 9 6 3 t α α 0 。 尋 8 収 1 て ハ 早 " ⊥ ハ ロ h 一 ●-SF「-10 Front 一 白一SFT-09 Front 0 0002040608101214161820 ロール角[deg] 図14ロ ー ル 時 の フ ロ ン トキ ャ ン バ ー 変 化 の 比 較

図13ア

ク セ ル ペ ダ ル 解 析 結 果

4.4サ ス ペ ン シ ョ ン シ ス テ ム の 設 計 昨 年 度 設 計 で は 、 リア サ ス ペ ン シ ョ ン に お い て 車 両 を 上 面 か ら 見 た 際 に ハ の 字 型 に レ イ ア ウ トさ れ て い た が 、 製 作 の 際 に 精 度 を 出 す こ と が 非 常 に 難 しい と い う問 題 が あ っ た 。 サ ス ペ ン シ ョ ン シ ス テ ム に お い て は 、 製 作 の 精 度 が 車 両 の 挙 動 に 大 き く影 響 を 及 ぼ す 。 今 年 度 は 、 リア サ ス ペ ン シ ョ ン レ イ ア ウ ト を 一 直 線 に 配 置 した 。 こ れ に よ り、 高 い 精 度 で の 製 作 が 可 能 と な っ た 。 ホ イ ー ル ス ト ロ ー ク に 対 す る ダ ン パ ー ス トロ ー ク の 比 を モ ー シ ョ ン レ シ オ と 呼 ぶ 。 こ の 値 が 低 い と 、 ダ ン パ ー の 減 衰 力 を 有 効 に 使 う こ と が で き な い 。 逆 に 、 モ ー シ ョ ン レ シ オ を 高 く し す ぎ る と 、 ダ ン パ ー の 有 効 ス トロ ー ク を 超 え て し ま い 底 付 し て し ま う恐 れ が あ る 。 よ っ て 、 こ れ ら を 考 慮 し た 値 と す る 必 要 が あ る 。 昨 年 度 の 設 計 で は 、 モ ー シ ョ ン レ シ オ の 値 を 一 昨 年 よ り も 高 く し 、 フ ロ ン ト ・ リア 共 に0.828と して い た 。 今 年 度 設 計 で は 、 フ ロ ン ト0.998、 リ ア1.068と さ ら に 高 い 値 と し 、 路 面 か ら の 入 力 が ダ ン パ ー へ よ りダ イ レ ク トに 伝 わ る よ うに し た 。 ま た 、 昨 年 度 と 同 様 に ア ン チ ロ ー ル バ ー を 搭 載 さ せ 、 バ ー 本 体 に ね じ りを 伝 え る た め の 腕 部 に は4つ の 取 付 け 穴 を 設 け た 。 こ れ に よ り、 ロ ー ル 剛 性 値 の 細 か い 設 定 を 行 い 、状 況 に 応 じ た セ ッ テ ィ ン グ で の 走 行 を 可 能 と し た 。 サ ス ペ ン シ ョ ン 解 析 ソ フ トSusProg3Dを 用 い て ジ オ メ ト リ設 計 を 行 っ た 。 設 計 目 標 で あ る コ ー ナ リ ン グ ス ピ ー ド向 上 を 達 成 す べ く 、 昨 年 度 車 両 よ り も ロ ー ル セ ン タ ー 高 の 高 さ を 上 げ る こ と で ロ ー ル モ ー メ ン トア ー ム を 小 さ く し 、 ロ ー ル 剛 性 を 高 め た 。 1.5 雪 ■2 早 ・・ 三 #α6 塁 。.3 0 000.2040.6081012141.6182.0 ロ ー ル 角[deg] 一 ●-SFT-10 Rear -r」-SFト09 Rear

図15ロ

ー ル 時 の リアキ ャ ンバ ー 変 化 の 比 較

ジ オ メ ト リ の 最 適 化 に よ り、1degロ ー ル 時 の フ ロ ン ト キ ャ ン バ ー 変 化 は0.58degか ら0.19deg、 リア キ ャ ン バ ー 変 化 は0.64degか ら0.21degま で 抑 え る こ と が で き た(図 14,図15)。 ま た 、今 年 度 車 両 は 昨 年 度 の フ ロ ン トア ッ プ ラ イ トを 引 き 続 き 使 用 し た 。前 年 度 の キ ャ ス タ ー 配 置 は 、 キ ャ ス タ ー 角 を7degキ ャ ス タ ー ト レ ー ル を25mmと す る こ と で ハ イ キ ャ ス タ ー ・シ ョ ー ト ト レ ー ル を 実 現 し 、 車 体 ロ ー ル 時 に お け る 前 外 輪 の ポ ジ テ ィ ブ キ ャ ン バ ー を 抑 え る 設 計 と な っ て い る。 ジ オ メ ト リ設 計 の 結 果 、 旋 回 時 の タ イ ヤ の 接 地 面 積 を 昨 年 度 車 両 よ り も 大 き く す る こ と に 成 功 し た 。 4.5ス テ ア リ ン グ ユ ニ ッ トの 設 計 ス テ ア リ ン グ シ ス テ ム のCAD図 を 図16に 示 す 。 ス テ ア リ ン グ レ シ オ は 昨 年 度 の5.89、LocktoLockが180deg と 大 き く切 れ 角 が 小 さ い こ と か ら鈍 い ス テ ア リ ン グ に な っ て お り 、 大 き く コ ー ナ リ ン グ す る 際 に 持 ち 替 え な け れ ば な ら な い コ ー ナ ー が あ っ た た め 、改 善 が 必 要 で あ っ た 。 2016年 度 は ハ ン ドル を 持 ち 変 え る 必 要 が な い よ う に LocktoLockは150degに 設 定 し 、最 大 切 れ 角 は30degと 設 定 し ス テ ア リ ン グ レ シ オ は5を 目指 し設 計 を 行 っ た 。

蜂

鞭

勲

図162016年 度 ス テ ア リ ン グ 全 体 図 バ ン プ ス テ ア は サ ス ペ ン シ ョ ン ス ト ロ ー ク 時 の タ イ ヤ の トー 変 化 の こ と で あ り、 一 般 的 に土30mmサ ス ペ ン シ ョ ン 変 化 した 際 に トー 変 化 は ±0.06deg以 内 に 抑 え る の が 好 ま し い と さ れ て い る 。 し か し 、 全 日本 学 生 フ ォ ー ミ ュ ラ 大 会 の コ ー ス は 整 地 さ れ た 路 面 で あ り、 サ ス ペ ン シ ョ ン ス ト ロ ー ク 量 は せ い ぜ い ±14mmと 言 わ れ て お り、 そ の 範 囲 内 の バ ン プ ス テ ア に よ る トー 変 化 をOdegに 近 づ け る 設 計 を 行 っ た 。 過 去3モ デ ル の バ ン プ ス テ ア に お け る トー 変 化 量 を 図17に 示 す 。 [ 3 E " } 甑 ー 4 DrOP 11, 》 》u騒 ワ 》 》 ぽ,旧 Bump ∩i'" りVJ!雪 鯉 田u》2016年 度 りostftftft2 2015年 度 tHHHauuuunvau∀ ∀∀ ∀∀∀ ∀∀ 1u5⊃5.'∼2 014年 度 つい 1,.,∼ ltltj i)1Lξ 甲A ダ ンバ ー ス トロ ー ク 量[mm】

図17バ

ン プ ス テ ア に お け る トー 変 化 の 比 較

図17よ り、 バ ン プ に お け る トー 変 化 は 約Odegに 抑 え る こ と が で き た 。 ド ロ ッ プ に お い て も 、 トー 変 化 は 一 〇.02degに 抑 え る こ と が で き た た め 、昨 年 度 車 両 よ り も 車 両 の 挙 動 を 安 定 させ る こ と が で き た 。 ス テ ア リ ン グ ジ オ メ ト リは ス テ ア リ ン グ ボ ー ル ジ ョイ ン トの 幾 何 学 配 置 の こ と で あ り、 ジ オ メ ト リ に 応 じて カ の 入 力 量 や 入 力 点 が 変 化 す る こ と か ら 適 切 な ジ オ メ ト リ を 選 定 す る 必 要 が あ る 。 今 年 度 の ジ オ メ ト リは 、 ス テ ア リ ン グ シ ス テ ム を 真 上 か ら 見 た 際 に 昨 年 度(図18)よ り も 、 今 年 度(図19)の よ うに 一 直 線 上 に 並 ぶ よ う に 配 置 し力 の 伝 達 を 上 げ 、 ロ ス を 少 な く で き る 形 状 に した 。 ま た 、 表 3に 示 す よ う に 、ス テ ア リ ン グ シ ス テ ム のZ座 標 を 下 げ る こ と で 、 低 重 心 化 させ た 。 表3よ り、 昨 年 度 に 比 べ て ス テ ア リ ン グ ジ オ メ ト リの Z座 標 を313.6㎜ 下 げ る こ と に 成 功 し た 。 これ に よ り 、車 両 の 低 重 心 化 と 、 マ ウ ン ト高 さ を 低 く し た こ と に よ り ラ ッ ク マ ウ ン トの 質 量 を482g軽 量 化 し た(図20)。 図182015年 度 ス テ ア リ ン グ ジ オ メ ト リ 1

、ご㎜"㎜

ll

4

図192016年 度 ス テ ア リ ン グ ジ オ メ ト リ

表3ジ

オ メ トリ座 標 の比 較 一 覧

年度

X座 標

Y座 標

Z座 標

2015年

度

270.0

138.0

435.0

2016年

度

403.0

2755

121.4

2015年 度2016年 度 図20ス テ ア リ ン グ ラ ッ ク マ ウ ン ト 4.6ア ッ プ ラ イ トの 設 計 ア ッ プ ラ イ ト と は 車 輪 を 支 え る ハ ブ と サ ス ペ ン シ ョ ン を 支 え る ピ ボ ッ ト、 ブ レ ー キ キ ャ リ パ ー の ピ ッ ク ア ッ プ ポ イ ン トな ど を 備 え る部 品 で あ る。 別 名 と し て ハ ブ キ ャ リ ア 、 ナ ッ ク ル な ど と 呼 ば れ る こ と も あ る。 部 材 は ア ル ミ ニ ウ ム 合 金 も し く は ス チ ー ル が 多 く 用 い ら れ て い る 。 学 生 フ ォ ー ミ ュ ラ で は 、 車 両 性 能 向 上 の た め 、 軽 量 か っ 高 剛 性 な ア ッ プ ラ イ トの 設 計 が 求 め られ る。 昨 年 度 ま で は 、3D-CADソ フ トCArIAを 用 い て モ デ ル 作 成 か ら 強 度 解 析 を 行 っ て い た が 、本 年 度 はAltair社 の 解 析 ソ フ トInspireを 用 い て 、CATIAで 作 成 した 簡 易 モ デ ル で トポ ロ ジ ー 解 析 を 行 い 、 そ の 結 果 を 基 に 形 状 設 計 を 行 っ た 。 トポ ロ ジ ー 最 適 化 と は 、 形 態 を 設 計 変 数 と し て 最 適 化 す る 手 法 で あ り 、 応 力 の 発 生 し な い 箇 所 は 空 洞 に し て 無

駄 な 材 料 を 配 置 し な い 、 と い う も の で あ る 。 実 際 に 、 自 転 車 や 商 用 車 等 の 設 計 に 使 用 さ れ て い る 。 今 回 解 析 に 用 い たInspireは 、CADソ フ トで 作 成 し た モ デ ル をlnspire上 で 読 み 込 み 、 拘 束 条 件 や 荷 重 条 件 を 設 定 す る こ と で 、 そ の 条 件 に 対 す る 最 適 な 形 状 が モ デ リ ン グ さ れ る。 こ れ を 参 考 に 、CADソ フ トで 最 終 的 な 形 状 を 作 成 し た 。 解 析 条 件 を 設 定 し た 後 、Inspire上 の 最 適 化 コ マ ン ド を 選 択 し コ ン ピ ュ ー タ 上 で 自 動 計 算 を 行 っ た 。 ア ッ プ ラ イ トの トポ ロ ジ ー 最 適 化 さ れ た 形 状 を 図21に 示 す 。

表4リ

ア ア ッ プ ライ トの 解 析 結 果 比 較

2015年 度 2016年 度

材質

A2017 A2024

重量

9699 1.007g

最大応力

25.OMPa 17.3MPa

最大変位

0.042㎜ 0.057mm

安全率

2.53 4.07

表4よ

り、最 大応 力 並 び に 安 全 率 が 昨年 度 よ りも向 上

した こ とが分 か る。 重 量 に 関 して は 、 サ ス ペ ンシ ョ ンア

ー ム の ジ オ メ トリ拡 大 に伴 うもの で あ り

_{、 最 低 限 の 重 量}

増 に抑 え る こ とが で き た。

t

、

図21最

適 化 され た ア ッ プラ イ トモ デ ル

図22リ

ア ア ッ プ ラ イ ト最 終 形 状

図21の モ デ ル を基 に 、CATIAに て 加 工 方 法 等 を考 慮 し

て 最 終 形 状 を 決 定 した 。 図22に

最 終 的 な リア ア ップ ラ

イ トのCADモ

デル を示 す。 ベ ア リン グ穴 の 左 右 が 最 適 結

果 の モ デ ル よ りも直 線 か つ 平 行 な 形 状 に な っ て い るの は 、

製 作 時 の 固 定 の た め で あ る。 曲線 や 非 平 行 な 形 状 の 場 合

は 、 専 用 の 治 具 が 必 要 とな り、 治 具 製 作 の た めの 時 間 や

費 用 が 増 え て しま う。

表4に2015年

度 お よび2016年

度 設 計 の リア ア ップ ラ

イ トに お け る強 度解 析 の 結 果 を 示 す 。

4.7吸

気 系 の設 計

エ ン ジ ン の 出力 を 上 げ るに は 、 よ り多 くの 空 気 をエ ン

ジ ン 内 に取 り入 れ る こ とが 必 要 とな る。 吸 気 系 の役 割 は

そ の 空気 をエ ンジ ンに送 る こ とで あ る。 そ の た め 、 吸 気

系 で は い か に圧 力 損 失 を減 ら して 空気 を 送 る こ とが 出 来

る か が 問題 とな っ て く る。

吸気 系 を構 成 す る部 品 は 主 に 以 下 の 通 りで あ る。2016

年 度 吸気 系 のCAD図

を 図23に 示 す 。

⑥＼

=一 ①

図232016年

度 吸 気 系 のCAD図

①

エ ア ク リー ナ ー

吸気 系 内や エ ンジ ン内へ の異 物 混 入 を 防 ぐ。

②

ス ロ ッ トル ボ デ ィ

ア クセル ワイ ヤ ー に よ っ て 、 内蔵 され て い る 弁 が90。

ま で 回転 し空気 流 入 量 を調 整 す る。

③

リス トリク タ ー

空気 流 入 量 を制 限す る。本 大会 で はφ20㎜ の くび れ が

あ る もの を 取 り付 け な けれ ば な らな い。

④

サ ー ジ タ ンク

エ ン ジ ン の各 吸気 ポ ー トへ 空気 を分 配 す る。

⑤

イ ン ジ ェ ク タ ー

ス ロ ッ トル の 開度 及 び エ ンジ ンの 回転 数 に応 じて 、燃

料 を 霧 状 に 噴 射 す る。 ⑥ イ ン テ ー ク マ ニ ホ ー ル ド(吸気 管) 空 気 と燃 料 を 混 合 し 、 そ れ を エ ン ジ ン の シ リ ン ダ ー へ と 送 る。

じた燃 焼 ガ ス の最 初 の通 り道 とな るの が エ キ ゾー ス トマ

ニ ホ ール ドで あ る。 エ ンジ ンの効 率 向 上 を狙 うた め に は

エ キ ゾ ー ス トマ ニ ホ ール ド内 の 空気 が ス ム ー ズ に 流 れ る

事 が重 要 で あ る。

.凱 へ 旗

必

2015年 度

蹟

2016年 度 図24リ ス ト リ ク タ パ イ プ の 接 続 図 20304050 突 出 長 さ[mm]

図25リ

ス トリクター 突 出長 さLと 平均 圧 力損 失の 関係

サ ー ジ タ ン ク 内 に リ ス ト リ ク タ ー を30mm∼70mmま で 10mmず つ 突 出 さ せ て 汎 用 流 体 解 析 ソ フ トSTAR-CCM+ を 用 い て 流 体 解 析 を 行 っ た 。 そ の 結 果 、 突 出 長 さL= 60mmの と き 平 均 圧 力 損 失 が 最 小 と な っ た(図25)。

4.8排

気 系 の 設 計

エ ン ジ ン で は 空 気 を吸 っ て(吸気)燃 料 を混 ぜ て 混 合 気

に し、 混 合 気 を爆 発 させ て 出 力 を得 て い る。 爆 発 して 生

図26エ キ ゾ ー ス トマ ニ ホ ー ル ド

表5昨

年度 と の各 排 気 管長 比 較

SFT-09 SFT-10 プ ラ イ マ リー 管 径 (mm) 35 35 セ カ ン ダ リー 管 径 (mm) 35 35 テ ー ル 管 径(mm) 35 35 プ ラ イ マ リー 管 長 (mm) 269 380 セ カ ン ダ リー 管 長 (mm) 314 270 テ ー ル 管 長(mm) 384 400 全 長(mm) 967 1050 重 量(kg) 3.6 3.9 口金 内径(mm) 32.6 32.6

エ キ ゾ ー ス トマ ニ ホ ール ドの設 計 で は マ ニ ホ ー ル ドの

集 合 形 式 と管 長 が重 要 で あ る。 エ ンジ ン点火 順 序 の 関係

よ り4本 か ら2本 、2本 か ら1本 の集 合 形 式 と した(図

26、 表5)。 これ に よ り点火 順 序 が 近 い 気筒 を集 合 させ た

場 合 に お こる排 気 圧 波 が他 気 筒 の排 気 バル ブ に 到 達 す る

の を 防 ぎ 、ス ムー ズ な排 気 が可 能 とな る。 ま た排 気 管 長

は 吸気 脈 動 に よ り谷 が で き た8250rpmを

排 気慣 性 、脈 動

で補 いつ つ 、 目標 の トル ク区 間 を 目指 した 。 ま た

、SFT-09で

は排 気 管 の プ ラ イ マ リー の 軌 跡 が左 右 対 称 で あ っ

た た め 、排 気 管 の軌 跡 に制 限 が あ っ た。 そ の た め コ ッ ク

ピ ッ トに排 気 管 が近 く、 ドライ バ ー の安 全 を確 保 で きな

か っ た。以 上 の こ とか らSFT-10で は プ ライ マ リー の 軌跡

を左 右 非 対 称 にす る こ とで コ ッ ク ピ ッ トか ら遠 ざ け る こ

と が で き 、 ド ラ イ バ ー の 安 全 を 確 保 し た 。 次 に マ フ ラ ー の 設 計 で は 、 大 会 レ ギ ュ レー シ ョ ン に お い て エ ン ジ ン 無 負 荷 回 転11,000rpm時 のC特 性 騒 音 値 が 110dB以 下 と 決 め られ て い る 。 こ の 値 を ク リ ア し 同 時 に 排 気 損 失 の 小 さ い 設 計 が 求 め ら れ て い る 。 昨 年 度 の マ フ ラ ー の 内 部 構 造 は ス トレ ー ト式 で あ っ た が 消 音 の た め バ ッ フ ル を 設 け て い た(図27)。 しか しバ ッ フ ル が 存 在 す る と排 気 の 流 れ を 遮 っ て しま い 、 エ ン ジ ン 性 能 を 低 下 さ せ て い た 。 今 年 度 は エ ン ジ ン 性 能 を 向 上 さ せ る べ く バ ッ フ ル を 取 り除 き(図28)消 音 を 行 っ た 。 マ フ ラ ー の 寸 法 は 音 響 計 算 に よ り ア ウ タ ー パ イ プ の 直 径 140mm、 全 長500mmと 決 定 し た 。 イ ン ナ ー パ ン チ ン グ パ イ プ と ア ウ タ ー パ イ プ 問 に は グ ラ ス ウ ー ル を 充 填 して い る。

箋

. ♂ 〆. 厚 匿 準

図27昨

年 度 内 部構 造

幽

醗

れ る た め燃 費 が悪 い とい う問題 が あ っ た。

F-CONV-Pro(図29)を

導入 した こ とに よ り、す べ て の 制

御 を任 意 に設 定 可能 な た め 、確 実 な制 御 を行 うこ とが で

き る よ うに な っ た。 ノ ック セ ンサ ー ・空燃 費 セ ンサ ー の

情 報 か らの フ ィー ドバ ック制 御 の 追加 に よ りECUが 自動

学 習 をす る た め 、

初 心 者 で も扱 い 易 い 製 品 に な っ てい る。

燃 料 噴 射 マ ップ の変 更 に よ り、 前年 ま で の 空燃 比 が リッ

チ(濃)す ぎ た も の を適 切 な燃 料 噴射 量 へ と変 更 した。 そ

れ に よ り、パ ワー の 向 上 と燃 費 の 向 上 を 実 現 した。 リア

ル タ イ ム に補 正制 御 す るた め 、 どの よ うな 環 境 下 で も適

した噴 射 量 に 変 更す る。 ま た 、燃 料 噴射 マ ップ の パ ラ メ

ー タ を ス ロ ッ トル 制 御 か ら吸 気圧 制 御 へ と変 更 した た め

エ ン ジ ン レス ポ ンス の 向 上 を 実現 した。

図29

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ヨ 』一 」 飽 ・ の '9し '・ ヌ 図30コ ッ ク ピ ッ トの タ ブ レ ッ トモ ニ タ ー

図28今

年 度 内 部構 造

4.9電

装 系 の 設 計

電 装 系 で は 、歴 代 車 両 で エ ンジ ンの ハ ンチ ン グや 燃 費

が 悪 い とい う問題 が 発 生 して い た 。 大 会 の 効 率 とい う種

目で は エ ンデ ュ ラ ンス 走 行 時 の燃 料 消 費 量 で 得 点 が 決 ま

る。 そ こで エ ンジ ンの 回 転 数 の 安 定 化 や 制 御 系 の 見 直 し

に よ る 燃 費 向 上 を 目 指 し た 。 ホ ン ダ 純 正PC40E用

ECU(EngineControlUnit)か

らHKS社 製F-CONV-Proに

替 え エ ン ジ ン制 御 を見 直 した。PC40E用

純 正ECUで

は 燃

料 噴射 量 ・点火 時 期 な ど全 て の 制御 を規 定 値 か らの 比 率

変 更 しか で き ず 、 ま た 規 定 値 も未 公 表 な た め適 正 な 空 燃

費 等 の 制御 を 行 うこ とが で きな か っ た 。 そ の た め、 エ ン

ジ ンの 回 転数 が 不 安 定 に な り、 さ らに燃 料 が 多 く噴 射 さ

V-Proの モ ニ タ ー 機 能 を 活 用 し 、 図30の よ うに メ ー タ ー を1枚 の タ ブ レ ッ トに 統 一 す る こ と で コ ッ ク ピ ッ トの 表 示 器 を 簡 略 化 し た 。 図31の よ う な 画 面 を 表 示 す る が 、 す べ て の セ ン サ ー 情 報 を 任 意 に 表 示 す る こ と が で き 、 項 目 を 選 び 表 示 の 大 き さ等 を 変 更 す る こ と も で き る。 プ リ セ ッ ト と し て5つ 保 存 す る こ と が で き る の で 、 競 技 項 目 毎 に ドラ イ バ ー へ 必 要 な エ ン ジ ン 情 報 を 提 示 す る こ と が 可 能 と な っ た 。

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5.ま と め

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  1 図31モ ニ タ ー 表 示

ノ

=3

今 年 度 の チ ー ム は 、歴 代 で 一 番 早 い4月 上 旬 に シ ェイ

ク ダ ウ ンす る こ とを 目標 に 活 動 し、 日程 計 画 通 りシ ェイ

ク ダ ウ ンす る こ とが で き た 。 しか しな が ら、 例 年 以 上 に

試 走 会 や チ ー ム 単独 の 練 習 走 行 に 多 くの 時 間 を割 い て き

た が 、 一 部 品(カ

ウル)の 完 成 を遅 らせ て しま った こ と

で 、 全 部 品 を 搭 載 した 走 行 練 習 を本 大 会 ま で 行 って い な

か っ た。 カ ウル 装 着 で の 走 行 が 大 会 当 日とな り、 カ ウル

に トラブ ル を 抱 え た こ とに よ り大 会 成 績 は 総 合58位

と

振 るわ な か っ た。

現在 、 チ ー ム と して の 問 題 点 へ の 対 応 や 技 術 等 伝 承 す

べ き こ とを 後 輩 に 引 き継 い で い る。

6.謝 辞 計 算 力 学 研 究 室 ● 橋 本 高 明(渉 外 ・ス テ ア リ ン グ) ● 吉 田 一 揮(次 世 代 育 成 ・フ レー ム ・コ ス ト審 査) 振 動 音 響 制 御 研 究 室 ● 赤 穂 雄 也(プ ロ ジ ェ ク ト リー ダ ー ・エ キ ゾ ー ス トマ ニ ホ ー ル ド ・マ フ ラ ー ・燃 料 系 ・プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン 審 査) ● 神 阪 智 大(ド ラ イ バ ー ・カ ウル ・ラ ジ エ ー タ ・デ ザ イ ン 審 査) 電 子 デ バ イ ス 研 究 室 ● 新 村 健 太(マ ネ ジ メ ン ト リー ダ ー ・サ ス ペ ン シ ョ ン ・ ハ ブ ・ア ッ プ ラ イ ト ・ブ レー キ ・コ ス ト審 査) 知 能 機 械 研 究 室 ● 船 田 昂 佑(美 化 ・サ ス ペ ン シ ョ ン ア ー ム) 機 械 創 成 研 究 室 ● 藤 田 康 平(広 報 ・ ドラ イ バ ー ・駆 動 ・電 装 ・プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン 審 査)

参考文献

)

1

)2

)3

)

4

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 全 日本 学 生 フ ォ ー ミ ュ ラ 大 会 日 産 サ ポ ー ト講 座 テ キ ス ト、 日産 自動 車 、2016 宇 野 高 明:車 両 運 動 性 能 と シ ャ シ ー メ カ ニ ズ ム 、 グ ラ ン プ リ 出 版 、1994 野 崎 博 路:サ ス チ ュ ー ニ ン グ の 理 論 と実 際 、山海 堂 、 2000

本 プ ロジ ェ ク トの 実 施 に あ た り、 シ ス テ ム デ ザ イ ン学

科 の 先 生 方 や 、 理 工 学 部 同 窓 会 、 並 び に 多 くの 企 業 や 個

人 の 方 々 か ら、 活 動 費 、 部 品 提 供 、 技 術 支 援 を して い た

だ き ま した。 ご協 力 して い た だ い た 皆 様 へ 心 か ら感 謝 の

気 持 ち と御 礼 を 申 し上 げ た く、 謝 辞 に か え させ て い た だ

き ま す。

メ ンバ ー の 所 属 研 究 室 及 び 役 職 ・担 当

材 料 力 学 研 究 室 ● 眞 利 子 翼(フ レー ム ・コ ス ト審 査) 流 体 力 学 研 究 室 ● 赤 澤 海 知(会 計 ・ペ ダ ル ・コ ッ ク ピ ッ ト ・ブ レ ー キ ・ デ ザ イ ン 審 査) ● 野 島 雄 貴(マ ネ ジ メ ン ト リー ダ ー ・吸 気 系 ・燃 料 系 ・ デ ザ イ ン 審 査) ● 森 松 将 隆(プ レゼ ン テ ー シ ョ ン 審 査)