宇都宮大学フォーミュラＳＡＥチーム Utsunomiya University Formula Designers ２００６年第４回全日本学生フォーミュラ大会参加車両UF-04 デザイン資料 Utsunomiya University Formula Designers ― ＮｏｔＦ−１，ＢｕｔＦｏｒｍｕｌａ― Ｆ−１とは違う、Ｆｏｒｍｕｌａの良さを追求するＦ−ＳＡＥ車両の魅力―――。それは、レースカーらしい高い走行性能と、多くの人がそれを楽しむことができる手軽さにあります。Ｆ−１のように乗り手を選ぶ車ではなく、フォーミュラマシンでありながらも、大衆車のような万人性と容易さをＵＦ−０４は目指しました。 UF-04　Overview Length / Height / Width 2675mm / 1026mm / 1380mm Wheelbase 1700mm Front / Rear Track 1200mm / 1190mm Weight 215kg (Dry) Engine HONDA 600cc In-line 4cylinders (CBR 600 F4i) Suspension Double wishbone , Pull rod Chassis Steel space frame Body work Fiber－glass Gearbox 6 speed sequential Shifter Trans Logic Power shift system Differential F.C.C. Torque sensitive LSD (HONDA ATV 250) Brake Caliper NISSIN 2pod caliper Dampers SHOWA (HRC NSR mini) Wheels ENKEI 13” x 6.0J Tires BRIDGESTONE 180 / 510 - 13” Bias Package Layout 低重心化と慣性モーメントの低減・オイルパンを加工し、最低地上高を６０mm→５０mmにダウン燃料ポンプ燃料タンク・ショック機構を横置きにし、その重心を１００mmダウンラジエター・燃料タンク、燃料ポンプを車両の中央に、ラジエターのリザーバタンクをメインフープ内に配置し、慣性モーメントを低減トラブルを未然に防ぐ車両・コア面積を５０％拡大したラジエター・バッテリーは容量10時間率２.３Ah→６.０Ahに大型化リザーバタンクベルクランク３DCADによる車両レイアウトラジエター＆シェラウド大型化したバッテリーパドルシフト＆電動シフター最適化されたドライバビリティ・パドルクラッチと電動シフターを組み合わせ、ドライバーに容易で心地良いシフトチェンジを提供・３→２ペダルにし、更に繊細なペダルワークを可能にした。移動式ヘッドレスト・フレームの全幅を広げ、ドライバーの運転スペースを確保・ペダル類１２０ｍｍ、ヘッドレスト８０ｍｍスライド調節できるように設計スライド式ペダルユニット Frame-1 フレーム『しなやかな足をしっかり機能させるためのフレーム』基本に忠実な軽量化と高剛性の両立・フレームの全幅を20mm広げ、捻り剛性を向上・低重心化するため最低地上高を60mm→50mmに変更・サスペンションブラケットを1G状態で設計 Front view Side view ・フレームを滑らかに構成し局所的応力集中を減少・基本骨格に曲げ加工を多用し溶接点数を削減 UF-04フレーム (実測値) 重量：３１ｋｇ（前年度から-3[kg]）・アームのピボット点をフレームの交点に配置・エンジンをフレームに組み込むようにマウントエンジンをフレームに組み込んだときの応力分布の変化捻り剛性：３０５６[N・m/deg] （前年度フレームより+1282[N・m/deg]）アームブラケットの構造解析最適なトラス構造を目指す構造解析を用いて、最適なトラス構造を採用トラスの径による変化を比較トラスの有無による変化を比較 Frame-2 ○捻り試験 UF-04 捻り試験荷重30Kg 0.0000 -2000.00 -1000.00 -500.00 0.00 500.00 -0.2000 -0.4000 変形量・ショックアブソーバー入力点・フロントで固定しリアに１５０［N・ｍ］の捩りモーメントを与え新旧フレームで比較 -1500.00 -0.6000 -0.8000 -1.0000 捻りモーメントをかけた点からの距離 UF-04捻り試験（エンジン有り） UF-03捻り試験(エンジン有り） UF-04捻り試験(エンジン無し） UF-03捻り試験（エンジン無し）ねじりによるUF-04とUF-03の変化量の比較ＵＦ−０４のフレームはＵＦ−０３より固定およそ70％の高剛性化に成功 0.5 ＆ m 300N エンジンを組み込む事で、剛性を向上し局所的な変形の抑制に成功ダイヤルゲージ変化量検出用冶具 ○外観ショック入力点固定部捻りモーメント入力部時間をかけた丁寧な作りこみ見るものを惹きつけてやまない美しい外観・３DCADを用いて、フレームやラジエターに沿うような、タイトで美しいデザインを追求・各パーツの厚さを昨年よりも薄くしたことで、カウル全体で１ｋｇの軽量化に成功３DCADによるカウル設計 Suspension system -1 サスペンション Rear ロールに伴う外輪のキャンバー変化『あらゆる走行状況でキャンバー変化 (deg) 0 パフォーマンスを発揮』タイヤを常に接地させ、適切な加重をかける 0 1 2 3 -0.5 RC9.3mm RC22.9mm -1 -1.5 -2 ロール角度(deg) ・最大ロール時までネガティブキャンバーとなるキャンバー角を設定・ロールを減らして接地時間を増やすため、スプリングの固有振動数を2.2Hｚ→2.7Hzへ変更・ジャッキアップゼロのサスペンションジオメトリを採用フロントリアショックアブソーバー・過度のロールを防ぐためスタビライザーを導入幅広いセッティングシステムスタビライザー 1. ショックアブソーバーの圧縮張力減衰調節機構 2. スタビライザーのロール剛性調節機構 3. ロールセンターの調節機構 4.ステアリング角度調整機構 ① ① 5.スライド式のペダル位置調節機構 ② 乗り手の好みに合わせた、幅広いセッティングが可能 ③ ④ Suspension system -2 ○操作系クラッチ機構にパドルシフトを採用 2ペダル化が実現し、より高度な走行が可能となった。パドルクラッチステアリングギアボックスの自作設計の自由度が向上・バンプステアゼロのジオメトリの採用ステアリングギアボックスボックス内のはすば歯車・ピニオンにはすば歯車を使用することで、ステアリングのバックラッシを最小限に抑えた。トー（deg） ○バネ下類タイヤストロークに伴うトー変化 -30 -20 アルミ製ディスクブレーキのテスト使用 2 1.5 1 0.5 0 -10 -0.5 0 10 -1 -1.5 -2 ストローク量（mm）トー変化 20 30 バンプステアゼロのジオメトリ冷却性能の向上、慣性モーメントの軽減、バネ下荷重の１ｋｇ軽減を実現テスト走行で耐久性に問題が見られたため、鋼鉄製のものに変更アルミ製ブレーキディスク・アップライトの肉厚を2.3mmから2.0mmに変更、ベアリングサイズの小型化、曲げ加工の採用、により全体で∼kgの軽量化リアアップライト・構造解析のデータを元に、アルミ製ハブを更なる軽量化アルミ製ハブ Power train -1 エンジン吸気バルブからコレクタータンク内のファンネルまで『レースで勝てる高い走行性能』 276[mm](昨年より２５ｍｍ増) エンジンから最初の集合部までの管長 294.5 [mm] (昨年は不等長) ・吸気の管長を、５０００∼１００００ｒｐｍで最大の出力を発揮するような中回転型に設計 70 6 60 5 エンジン出力・効率の良いエンジン特性となるよう、排気の管長を９０００ｒｐｍで最大トルクが出るように設計出力 50 4 40 3 30 2 20 1 10 ・最高速よりも加速性能を重視して、ドリブンスプロケットを５０丁→５４丁に変更 0 6000 エンジントルクトルクコーナーの多いコースレイアウトに合わせた低中速での力強い加速性能 8000 10000 0 12000 回転数 UF-04出力特性のグラフ最大出力最大トルク UF-03 64[PS]/12000[rpm] 4.3[kg・m]/9000[rpm] UF-04 65[PS]/9700[rpm] 4.9[kg・m]/8600[rpm] ○吸排気系吸気解析の絵サージタンクの形状を流体解析を用いて設計タンク内のスムーズな空気の流れを実現吸気の流体解析図各排気管長が等長になるように設計気筒ごとの排気抵抗の抑制に成功・タンクからインテイクパイプまでの空気の流れをよくするためにタンク内のファンネルをタンク下面から３０°傾けて設置等長エキゾーストマニホールド・5000∼10000[ｒｐｍ]のトルク充実を狙い、低中回転向きと言われている４−２−１集合を採用アルミ製スロットル Power train -2 ○冷却系 100 90 80 70 60 温度(℃) ラジエターに十分な冷却性能を持たせるため、ラジエターコア面積を昨年より５０％拡大 UF-03 50 UF-04 40 30 ＊いずれもファンOFF 20 エンデュランスと同等の走行で、実際に水温100℃前後をキープ 10 0 0 200 400 600 800 1000 時間(s) アイドリング時のラジエター性能比較・ファンコントローラを新たに装備することで、ファンの起動が自動化し、ドライバーは運転に集中できる駆動力(kN) ・ファンの後方にＧ−ＦＲＰ製のシュラウドを設置したことで、ファンの高効率化を実現 3.5 14000 3 12000 2.5 10000 2 8000 1.5 6000 1 4000 0.5 2000 0 ○駆動系駆動力 1st 2nd 3rd 4th 回転数 1st 2nd 3rd 4th 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 車速(km/h) スプロケ12/54の駆動力曲線図チェーンテンション調節にスネイルカムを使用容易で素早いテンション調節が可能・デフマウントをアルミで制作し、スプロケ、ブレーキディスクに肉抜きをすることでASSY全体で0.5ｋｇの軽量化スネイルカムドリブンスプロケット構造解析図 ○潤滑系オイルパン内部にバッフルプレートを溶接コーナーでも油圧を４∼５気圧に保つことが可能加工オイルパン外観・ドレインボルトを底面から側面に移動させることで、想定外のバンプ時にドレインを擦ってしまうのを回避オイルパン内部