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12 GP
作者：月亮守護者│2015-06-26 12:42:48│巴幣：1,120│人氣：2512
自己的賽車自己做-FSAE Lincoln 最終回 (7/26更新)
作者：月亮守護者│2015-06-26 12:42:48│巴幣：1,120│人氣：2512
大大們安安 m(_._)m
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轉向柱受力分析
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轉向支架受力/型變分析
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傳動組技術組長Emy, 把傳動系統首次放上車架, 確認誤差在容許值內, 這個齒輪和支撐是她自己CNC的
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去年和大大們分享了一些FSAE的賽車設計/整備心得, 可惜文章已經不在 (系統沒保存T.T)
隨著2015的比賽即將來臨, 因此小弟新開這篇文, 日後的更新日誌也將放在這裡
感謝大大們之前的支持和GP m(_._)m
2015 FSAE Lincoln心得分享 上篇
前言: (之前看過的大大們可以跳過這邊)
小弟是UC Davis Formula Racing賽車團隊的一員, 隸屬於懸吊設計小組
我們去年在美國2014 FSAE Lincoln大賽拿下了EV組第三名 (美國國內組第一)
其中包含強勁的對手如MIT(麻省理工學院)和Carnegie Mellon...等名校
去年的賽車代號: FE1
動力來自兩顆電動重機Zero Motorcycle的馬達
綜效最大馬力:90匹
最大扭力: 19.4 kg-m (1rpm時產生)
0-100 km/hr加速: 3.3秒
車重: 296kg
配重: 前49.9後50.1
軸距: 1778mm
為了搭配Torque Vectoring系統, 因此採用雙馬達的設計(一個負責左後輪, 一個負責右後輪)
什麼是Torque Vectoring? 請參考下面的影片
整台車除了Hoosier輪胎, Fox彈簧/阻尼, Brembo卡鉗, Momo方向盤和Zero Motor馬達外
其他的東西都是車隊用Solidwork設計, 並且自行製造
FE1在Mazda Raceway Laguna Seca的車內視點影片 (因為一些問題, 沒上主賽道跑)
這台車雖然在去年的比賽拿下佳績, 但車重太重, 軸距太長
雙邊的單顆馬達也只有發揮了40%的動力(受限電池)
因此, 為了明年有機會拿到更好的名次, 下台車將完全重新設計 (徹底大改款)
正題:
隨著時光飛逝, 一年轉眼間就過去了
這次, 我們將帶著全新大改款的車前來挑戰
今年的賽車代號: FE2
動力來自單顆電動重機Zero Motorcycle的馬達 (取消雙馬達的設計)
最大馬力:70匹
最大扭力: 19.4 kg-m (1rpm時產生, 最大扭力和FE1一樣)
0-100 km/hr加速: 3.0秒
車重: 248kg
配重: 前47後53
軸距: 1676mm
雖然FE2在動力上輸給FE1
但將近50公斤的輕量化和終傳比的增加, 加速反而快了更多
另外, 軸距也大幅縮短了102mm
懸吊改採前後多連桿, 前拉桿(pull rod), 後推桿(push rod)
我們同時也是百個隊伍中, 極少數用多連桿配置的車隊
傳動的部分因捨棄了Torque Vectoring和雙馬達, 改由傳統的LSD(限滑差速器)替代
車體的部分改採用低碳鋼, 搭配全新的設計和布局, 整體剛性大幅提升
然而, 大改款也意味著今年的工作量繁重, 導致我們的進度嚴重落後
直到比賽前幾天, 小弟每天仍只能待在工廠趕工和組裝, 沒什麼時間好好拍FE2 Orz
隨手拍得很糟還請見諒 m(_._)m
前方視角
後方視角
後懸吊
後懸吊+電池
後懸吊+馬達+LSD(外掛在車體後方)
為了比賽, 只能日夜趕工
趕工固然累, 但賽車和人員的運送更累
FSAE Lincoln的比賽地點距UC Davis約有1544英里(2470公里), 時差兩小時
從加州出發, 途中橫跨內華達, 猶他, 懷俄明, 直到內布拉斯加州
連續開車須22個小時, 幾乎橫跨了半個美國
所以我們小組的五個人共租了一台車, 三人輪流開, 希望能在20小時內到達
考量到長途舒適性, 隔音和價錢, 我們租了台Chrysler 300 (Mercedes-benz E-class的兄弟車)
這幾張照片是已經路途開了一半後才拍的, 所以...XD
抱歉, 真的沒時間好好拍 Orz
有機會再分享這台車的試駕心得
更慘的是, 到了地點後, 只有一個小時的睡覺時間, 便得起床趕工和整備
我們今年的比賽能如期望般的順利嗎?
小弟內心充滿著期待, 但卻對大改款的車有著更多的不安
在缺少測試時間的情況下, 擔心會有多少的bug或瑕疵在比賽時暴露出來?
不安的心, 隨著上場時間的倒數, 愈來愈不安
心情猶如車隊剛遇上的這場暴風雨, 山雨欲來風滿樓
p.s. 咱們汽機車版的Cima版大, 也在這台FE2上幫了些忙!
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2015 FSAE Lincoln心得分享 中篇 (6/30更新)
美國的高速公路開起來就像這樣, 一望無際的直線, 駕駛很容易感到疲累
難得遇到比較"繁忙"的道路(鹽湖城, 猶他州)
再經過20小時不間段的長途駕駛後, 我們一行人總算到了目的地
此時已是2:00 a.m, 拖著賽車的皮卡預定4:00a.m到達
因此我們仍有1~2小時的睡眠時間
該睡嗎? 當然先睡再說了!
昏睡間, 一陣鬧鈴吵醒了正酣睡中的人們
拖車準時在凌晨四點到達, 我們一行人叼了個吐司, 便開始作業了
目前仍待解決的問題仍不少
1, 懸吊各點的距離/角度和電腦裡的模組有些許誤差, 導致後傾角略微偏差
但這一點點的偏差導致了方向盤難以回正, 更導致了上臂連桿的受力增加
多連桿懸吊對這些細微的誤差很敏感, 須要立即解決
(前多連桿的設計也是備受爭議, 另一些人(包括我)傾向前雙A臂的設計)
2, 方向機柱被發現有嚴重設計上的問題
這次的新車因為軸距大幅縮短, 車內布局顯得非常侷促
方向機柱也因此改用為兩個萬向接頭的設計 (這當初有很大的爭議, 隊內意見不和)
現在實測證實雙萬用接頭的設計有風險
角度過大時, 有機會導致方向盤的扭力無法傳到轉向齒條上
若無法立即解決, 恐怕連驗車都過不了
3, 電子組的排線尚未完成
偏偏排線須等到前兩項作業完成才能開始, 時間吃緊
4, 車頭的外殼尚未完成
出發前兩天才得知底盤組開天窗, 車頭的外殼完全沒有製作
底盤組組長希望用上一代FE1的外殼代替, 但隊長顯然不高興
因此, 小弟一行人雖然身在懸吊組, 這時也得承接車頭外殼的case
我們有"一天"的時間, 必須從無到有的生出來
先依照車頭殼的預設形狀, 剪下一塊塊的板, 再逐層拼上去
除了確保車殼能包住車頭, 也要確定能容下車頭的撞擊緩衝盒
把各層板子逐層拼上後, 準備開始打磨
打磨後, 雛形有點出來
準備鋪上玻璃纖維, 預計鋪兩層, 每層以45度相交
玻璃纖維包覆完後, 準備上環氧樹脂膠
上膠是個和時間賽跑的過程, 因其凝固的很快, 若時間內沒刷均勻, 將會導致結構脆弱
作業到了這邊, 已是晚上8點多了, 離比賽還有12個小時
上了底漆後, 再噴上預定的藍色漆
然而隨著夜晚的來臨, 缺乏陽光下, 加上內布拉斯加州的天氣比起加州潮濕
漆能否來的及風乾? 一切也只能看天了
到了隔天早上, 狀況看起來仍不太理想, 但至少能掛上去了
細節的部分做得很糟糕, 但我們只有一天多的時間, 能做的實在有限
加上我們是懸吊組的, 對底盤組車殼方面的知識所識不多 Orz...
其他方面
懸吊幾何的各點距離/角度, 已重新調整 (雖然後傾角仍有些微偏差)
方向機柱的雙萬用接頭設計改成單萬用接頭設計
排線的部分仍在緊鑼密鼓的進行
現在時間已是早上8點, 靜態項目評分已準備開始
評審大多來自GM和Ford的資深工程師
我們FE2的設計能獲得評審們的青睞嗎?
此刻的氣氛顯得格外緊張......
在這邊先介紹一下評分方式
FSAE, 全稱為Formula SAE, 由國際汽車工程師學會所舉辦
評分包含了熱血的動態項目和偏重工程設計的靜態項目
靜態項目包含:
營銷報告(75分), 賽車工程設計(150分), 成本控制分析(100)
動態項目包含:
加速性(75分), Skid-pad橫向G值測試(50分), Autocross金卡納計時賽(150), 耐久賽(300)
總分1000
在通過靜態項目後, 得先通過技術檢驗, 包括
Mechanical Scrutineering(驗車)
Tilt Test(側傾測試)
Noise(噪音測試)
Brake(剎車測試)
其實只要能通過所有的測試並順利完賽, 就已經是非常厲害了
雖然去年拿下EV組第三名, 但此時此刻的我們只希望能順利完賽...
待續~
p.s.
眾多隊伍中, 有個隊伍總是能吸引所有人的目光
看到了他們, 小弟的熱血又燃了起來, 也正式宣告這期待一年的FSAE Lincoln, 正式開賽了!
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2015 FSAE Lincoln心得分享 下篇 (9/17更新)
隨著將近100多個隊伍陸續進場驗車, 氣氛越來越加的緊湊和刺激
首先面臨的是營銷報告和成本控制分析的關卡
營銷報告上, 要說服在場的虛擬廠商願意買我們的賽車
簡單說, 車不僅成本要低, 量產容易, 也要符合市場需求, 能夠獲利
若空有性能而無利可圖, 那在這關可是會吃足苦頭!
我們在這方面的表現勉強過關
成本控制分析上, C/P值(性價比)越高越好
FE2的成本約2萬美金 (約60萬台幣), 比起其他車隊便宜不少
即使車做得很好, 若花到3~5萬美金, 分數將會少很多
像普渡大學(Purdue University), 美國名校, 也是我們的對手之一
雖然他們在設計上和完成度上比我們好, 但成本將近3萬5美金(約105萬台幣)
因此最後排名比我們還後面一名
在這個關卡上, 我們拿下了非常好的成績
再來便到了重頭戲 , 賽車工程設計關卡
賽車的細節零件要一一拆開給裁判嚴格檢視
只要有任何不符合規定的設計, 將會退賽
相反的, 若有讓評審青睞的設計, 那分數將會提高很多
FE2在馬達/電池總成設計上, 讓評審驚艷
甚至被懷疑是委託外面的廠商設計製造
很難想像這樣的設計和製造全出於我們之手
來自GM 雪佛蘭Volt的電池資深工程師, 用著不可置信的眼神看著我們的設計, 不斷的讚嘆
然而, 我們的好運也許到此為止了
懸吊上, 前後多連桿的設計讓評審的評價很兩極
重量過重,要求精準的定位, 難以現場調校...等都是一針見血的負面評價
漂亮, 特別...大概是少數在FE2懸吊上的正面評價了
轉向系統上, 由於steering rack不是採用雙邊固定
裁判們一致給了負面的評價, 因為這對操控性有很大的負面影響
設計的人只考慮阿克曼轉向, 受力, 耐用度, 壽命...等等因素
卻沒考慮到單邊固定的形變量比雙邊固定多, 對操控性極為不利
傳動系統上, 大量的採用鋁合金
設計,分析到製造幾乎都由一個台灣裔的隊友包辦
也獲得了不錯的評價
底盤/剎車/人因工程
我們這次車架的材料改採用1020鋼, 配合新的整體設計, 使得剛性提升的同時也減輕了重量
剎車的設計也還ok (感謝Brembo的卡鉗贊助)
但人因工程做的非常差
因FE2的軸距大幅縮短, 導致駕駛空間過小, 踏板角度和位置皆不理想
糟糕的設計, 讓人根本不想坐上去駕駛
所以評價也很糟糕
車殼/外觀上
我們小組臨危受命, 在短短1~2天內從無到有的現場完成
但成品卻是慘不忍睹 (詳情請回顧本文的中篇)
評價......哈哈哈
我直接承認自己是最大的戰犯還比較快 Orz...
咳咳, 本人再次聲明, 小弟我是懸吊組的喔, 車殼什麼的和我無關喔 ^___^+ (次元刀)
目前過程雖然稱不上好, 但至少還過得去
然而, 我們殊不知一場風暴即將襲來...
這時, 突然有個評審因我們用的驅動馬達品牌和它隊不同, 而感到好奇
"我們的驅動馬達來自Zero Motor的電動重機, 它的特性是......"
此時裁判露出了不太信任的表情問到
"我沒看過這個馬達, 不清楚它的特性, 你們的散熱系統能應付嗎?"
Zero Motor驅動馬達的耐用度高, 耐熱性也較一般馬達好
但在裁判不熟悉的情況下, 她用了保守的態度重新審視我們的設計 (這是正確的態度)
我們的隊長Henry (本身在Zero Motor兼職), 嘗試拿數據來說服裁判
其他的裁判也重新審視了設計, 認為FE2的散熱設計沒問題
但那一位質疑FE2的裁判仍兼持了她的意見, 認為馬達有過熱的風險
後來再度嘗試說服她, 最後仍是以失敗收場
我們失去了參與動態項目的資格, 確定只能打包回家
此刻, 沒人願意相信眼前的結果, 一年的努力就在這邊打住了
很多人紅了眼眶, 淚水不自禁的在眼眶中打轉
看著那些參與動態項目的隊伍, 我們更是難掩那失落的心情...
" 明年再來吧......"
也許, 這是目前最能安慰人的一句話吧
之後, 幾位評審走了過來, 和我們娓娓道來
"你們這次的失敗點, 在於把整台車重新設計, 從零開始, 工程浩大, 非常不智..."
"重新改良這台車, 做好充足的測試, 下次再來吧, 你們的設計很有潛力拿回前三名..."
我收拾著沉重的心情, 回到了車上
重拾起這幾天因為忙碌而沒拿上的相機, 希望帶回一些記憶
也希望能收集其他車隊的一些訊息和設計
在一片沉重又失落的氛圍下, 底盤組組長Diego帶來了個人的好訊息
Ford工程部門在比賽現場看上了他, 當場錄用
在這個年代, 能這樣找上工作實屬難得, 恭喜他
之後這幾個月, 隊上其他畢業的人也紛紛去了Mercedes Benz, Nissan, 更多Ford... lol
希望未來還有機會和他們相聚
而我們這些留在學校的人, 承接了研發FE3的重擔
下回, 2016 FSAE, 我們要拿回之前失去的榮耀!
最後, 小弟在這分享一些它隊在耐久賽的照片
(拍得不好還請見諒 Orz)
University of Kansas 堪薩斯大學 (汽油組第四名)
University of Michigan 密西根大學 (FSAE汽油組的常勝軍, 本次第16名)
University of Kansas 堪薩斯大學 (第二張)
UC Berkeley 友校-柏克萊大學 (加州大學-柏克萊分校, 本次汽油組第19名)
University of South Florida 南佛羅里達大學 (本次汽油組第六名)
University of Missouri 密蘇里大學 (本次汽油組第五名)
Louisiana State University 路易斯安那州立大學 (本次汽油組第九名)
University of South Florida 南佛羅里達大學 (第二張)
Honda Technical College Kansai 本田關西學園 (從日本跨海來比賽! 本次汽油組第35名)
這次2015 FSAE Lincoln的汽油組冠軍是San Jose State University 聖荷西州立大學
雖然學校名聲不響亮, 但靠著全隊上下一心, 幹掉各個傳統名校, 拿下了冠軍
下面影片是他們在Autocross(金卡納)的動態測試
電動組上 (也就是我們的組別), 今年冠軍是University of Pennsylvania 賓州大學
他們的綜效馬力全解放可達180匹, 配上約220公斤的身軀, 簡直瘋狂!
下面影片是這台車的介紹
感謝大大們的播冗參閱 m(_._)m
抱歉, 之前拖稿太久, 遲遲沒更新 Orz...
再次感謝大大們的海涵 m(_._)m
p.s.
之後, 小弟有空會發一些和FE3設計相關的文, 或是懸吊設計的分析或調整技巧
嗯, 下次就先發個關於阻尼(damper)的設定好了
一般我們常常見到用直覺或經驗來調整阻尼, 但職業車隊通常還會用數據來幫助調整
要用哪些數據? 怎麼用這些數據調整阻尼設定? 下次再開另一篇和大大們分享 ![]()
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2016 Formula SAE (5/24更新)
大家好, 好久不見了!
自從上次比賽回來後, 大家便開始了下一台車 (FE3)的研發.
這中間經歷了不少風風雨雨
從數學建模到全車CAD, 受力分析(FEA)和空力分析(CFD), 再到加工階段
中間馬不停蹄, 不曾停歇
數學建模 (轉向系統分析)
數學建模2 - State Equation推導
全車CAD (12.10.2015)
受力分析 (FEA)
空力/流體分析 (CFD)
空力/流體分析 - 45度角
CarSim 車輛動態模擬
Motec - 轉向數據分析
Motion Study- 轉向阿克曼模擬
加工- 車架製作
加工2 - 車殼製作 (鑒於去年失敗的車殼, 今年花了不少心思在這, 而且改用自製碳纖維)
曾經以為有空檔能更新文章, 但轉眼間卻又是一年過去了....
去年的比賽彷彿才剛結束, 完全沒感受到時間的流逝如此之快
這段期間有好多東西想和大家分享, 懸吊, 轉向, 數學建模, 受力/空力分析...等等
希望未來能一一把這些東西補上
近況:
隨著Formula SAE Lincoln站的比賽日子越來越近, 緊逼得氣氛讓大夥們難以喘氣.
再加上今年因為學校和教授溝通間的行政疏失, 導致不能以FSAE當作畢業設計或畢業論文.
因此, 大家得額外同時做和車無關的Projects, 導致今年的進度比起往年落後了些.
但面對這些來自外在(競爭隊伍) 和內部(學校) 的挑戰, 車隊的人們早已司空見慣.
書照讀, 其他project照做, 喝杯咖啡後, 繼續做車!
2016 FSAE Linclon, 我們來了!
(待續)
有空歡迎來看看喔!
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2016 Formula SAE- 車架結構設計的三兩事 (5/30更新)
在FSAE比賽時
車架設計最怕的其中一件事情就是被裁判指著結構處並喊著 "Bending moment! (彎矩) ".
彎矩不儘讓車架承受更多的壓力, 也更有機會導致車架形變.
左邊A臂的rod end 承受額外的彎矩, 右邊的沒有彎矩
圖片來源: Solar Central
左邊這張圖中, 若把受力(F)放在最右邊的位置, 會產生最大的彎矩 (示意圖左下角)
反之, 若把受力放在最左邊(牆和樑的節點), 則不會有彎矩
圖片來源: "Bending moments and beam curvatures", University of Cambridge
從上面的例圖得知
最好的避免方式, 便是讓受力的地方盡量靠近車架的節點上
以轉向系統的支撐結構來說, V字形的兩端最好接在車架的兩端節點上
讓來自方向盤的受力可以順利的分散到車架結構上, 更能避免彎矩的產生.
FE3之V字型轉向系統支撐 (焊接前)
FE3之FEA分析
(假設情境: 煞車, 縱向G值: 1.79g, 駕駛體重: 100kg, 假設無踏板/座椅分擔受力)
在比賽時
偶爾會看到部份隊伍直接用一根豎起來的鋼管接在前環上緣的中間來做轉向系統的支撐.
然而, 這個位置正是彎矩最大的地方! 裁判可是會毫不留情的指出這點.
其實若做一下FEA (Finite Element Method) 或是直接畫個力圖做分析
便會發現這樣的問題是否存在.
在激烈過彎時, 這樣的設計會造成更多的彎矩和形變.
除了轉向的支撐外
懸吊/避震器連接車架的點更需要盡量靠近車架節點.
有些隊伍沒注意到這點, 甚至誤把避震器接點放在鋼管的中間 (彎矩最大的地方)
導致沒跑幾圈車架就開始形變, 請務必要避免, 裁判絕對會盯這個.
是的, 若要把所有受力的東西都放在節點上, 有著相當的難度.
但FSAE比的不儘是賽車工程的知識, 更是實作細節上的用心.
小弟之前為了把轉向的V字形兩端放在節點上, 加工壞了好幾根鋼管
因為連接車架點的開口接在前環彎曲的地方, 同時又和車身兩端的鋼管連結
需要細心琢磨.
最後, 鋼管的外徑越長, 管壁可以用的越薄, 重量比管壁厚但外徑短的管更輕.
而在做FEA的同時, 建議最好也畫個力圖用手算算並做比較
也可以透過手算的過程, 更了解這些知識 :-D
最大抗扭(Y軸) vs. 管壁粗細(X軸) vs. 管壁內徑/材質 (不同顏色)
圖片來源: Suspension link: Cro-Mo vs. DOM vs. Alum, Pirate4x4
魔鬼藏在細節裡
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2016 Formula SAE Lincoln 心得分享 上篇 (12/23更新)
今年, 2016的新車代號為FE3
我們帶著它來雪恥了!
最大馬力:70 匹
最大扭力: 19.4 kg-m (1rpm時產生)
0-100 km/hr加速: 2.9 秒
車重: 235kg
配重: 前50後50
輪距: 1225 mm
軸距: 1550 mm
和去年的FE2相比, 最大的改變幅度在於懸吊幾何, 輕量化工程, 軸距, 輪距, 和配重
整體的車輕了約11 kg, 輪距和軸距縮短, 懸吊改回前後雙A
配重則是改為前50:後50
改用行程長的軟彈簧搭配前後防傾桿
今年把重點放在Vehicle Dynamic上, 大幅深化分析的層面
千呼萬喚始出來
第一次測試的影片, 大家又興奮又怕受傷害
除了測試一切的設計是否運作正常外, 也同時嘗試不同的Regenerative braking的設定
有人好奇去年的FE2去哪了嗎?
我們比賽後把它捐給了UC Santa Cruz (實車, CAD, 和一些設計資料)
幫助他們能參與2016 FSAE EV的比賽
結果他們竟然把我們FE1的雙馬達設計, 塞到FE2的車架內!
FE1+FE2 = FE2改?
也意味著, 今年恐怕鬧出兄弟殘殺的戲碼, FE3 vs. FE2改
UC Santa Cruz的招生影片, 影片中它們在搞的車就是FE2 (白色車架)
FE3, 賽前的最後整備
個人的部份
今年我除了幫設計/製作車架外, 也負責做Vehicle Dynamic的各種分析(包括空力/懸吊分析)
也全權負責轉向系統的設計
簡單說, 今年我的主要任務是提升FE3的最大過彎潛力, 也確保車能更加靈活並保持轉向趨於中性
過多的轉向不足和轉向過度都是不被允許的!
今年車隊的預算很緊繃, 我們也不像其他學校有專屬的賽車貨櫃
所以只好租一個拖車來運送賽車和其他配備
拖車上的這個"字"不是我們自己噴的, 真的 lol
比賽現場過磅
實測總重: 236kg ; 配重: 前50.1:後49.9
看著我們最後做出來的車, 實際配重和原本設計時的預測一樣, 真的很感動!
2017年的預定隊長- Chris
今年, 又會有哪些未知的挑戰等著我們呢?
第一個挑戰馬上來了, 我們車殼的電阻值實測為7歐姆, 高於規定的5歐姆
代表晚上有得忙了...
忙著括掉車架上的漆, 雖然很醜, 但可順利的降低電阻
你, 累了嗎?
同個晚上, 馬達控制器的調校突然也出了問題
眼看, 我們的車恐怕無法如期發動了
動態測試項目已經開始了
我們傳統上的競爭對手Cal Poly已經在場上了,圖中是Cal Poly汽油組的車, 非常強悍
Auburn University
回到我們車隊, 雖然馬達控制器還沒搞定, 但我們決定先去工程設計的評分項目
我們今年在這個項目遇到三個評分裁判
其中一個是負責 懸吊 / 車架 / 轉向幾何 / Vehicle Dynamic 項目的Marko, 來自Tesla
另一個是負責 車艙 / 人因工程 / 轉向機構 / 煞車系統 項目的Benson, 來自Space X
最後一個負責動力, 電池, 和傳動...等項目, 因為我沒有直接和他接觸, 所以沒記得名字 Orz
我的項目要面對的是Marko和Benson, 其實心裡還是蠻緊張的
在圖右邊彎下腰的是Marko, 不苟言笑且非常嚴肅的裁判
現在正在評我的轉向阿克曼幾何和機械結構, 說不抖是騙人的...
想在這個項目表現得好, 準備齊全的資料不可少
結束這回合
整體來說, 我們的車架, 煞車踏板, 賽車座椅...等的其他部份上, 評價中庸
但是我們的懸吊, 轉向和電池電機的部份獲得很棒的評價
我個人轉向系統的設計和分析則獲得今年FSAE Lincoln EV的最高的評價
Marko: "你的轉向系統是我在今年比賽中看到設計和分析最棒的"
眾人: !!?? (疑惑, 不苟言笑又嚴肅的Marko竟然會說出這樣的話)
Marko: "你對反阿克曼幾何的解說也是我這輩子目前聽過最棒的"
眾人: !!??
Marko: "轉向系統的評分上, 我給你兩個check marks plus"
語畢, 眾人突然歡呼了起來, 只剩下我一個人傻傻的站在那
我這時轉頭問了一個隊友
我: "什麼是check marks plus?"
隊友A: "一個check mark, 代表很棒的評價"
我: "那兩個代表什麼?"
隊友A: "兩個代表Impressive, 通常很少有機會能拿到這個評價"
隊友B: "Ping, we should celebrate it !!! " (Ping是我的名字)
雖然車子出了狀況還不能動, 但大家卻彷彿贏了比賽要慶祝似的
也許, 我應該先放下憂愁的心, 和大夥一起開心一下
最後, 我們在工程評分的項目上拿到了90分, 排行第七 (EV組總共33隊)
工程評分項目的分數也是歷年來我們EV組拿到最高分的一次
比賽還沒完, 我們還得繼續上緊發條往前衝!
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2016 Formula SAE Lincoln 心得分享 下篇 (8/10更新)
抱歉各位, 小弟這次又拖稿了, 這次甚至拖了一整年 Orz
在經過一年後, 回來寫這場比賽的後續實在是感觸良多...
在經過了Design Review的項目後, 我們在EV inspection (電檢)卡了關
難過的是, 我們其實通過了項目表的所有測試, 除了最後一關.......車子在最後無法開啟
是的, 所有的隊友們都難以接受這個殘酷的打擊
更殘忍的是, 當我們把車拖回旅館後, 又能開啟了, 問題再也沒發生過
但已經過了電檢的最後時間, 確定無法再參與後續的賽事
最後綜合排名以第十名收場 (40個EV隊, 約30隊到場參賽)
對我而言, 也是心有遺憾, 久久難以釋懷
心裡只剩下一個念頭, 馬上開始開發下一台車 - FE4
賽後, 因為我的轉向設計拿到很高的評價
所以我也順利升格為Vehicle Dynamic Technical Lead (汽車操控穩定性技術組長)
這個職位需要整合車的懸吊, 動力和空力設計, 讓車的操控性能靈活但又不失穩定性
今年, 也被額外付予了開發Traction Control System(TCS) 防滑循跡系統
和賽車動態模擬模型(Vehicle Dynamic Models)的重擔
但在接下新職位和著手開發下一台車之前呢, 我得先試試現在的這台FE3
數據雖然會說話, 但親身駕馭的感受也很重要
隊友幫我拍的好瘦, 我都快認不出來我自己了 lol
我是很認真的在測(ㄨㄢˊ)試(ㄔㄜ), 旁邊的妹, Emy, 是傳動組技術組長, 現在在戰機製造商上班
不過, 我們那天請到了Cal Poly Formula Racing的前車手幫我們試車, 他曾在FSAE Michigan拿下AutoX全場最快的單圈成績, 所以還是交給專業的來測試吧.
他幫我們測試了六圈, 給了我們不少心得回饋
根據他和我的駕駛心得, 這台車在高橫向G值過彎時, 容易轉向過度
但若過彎橫向G值過低, 卻有嚴重的轉向不足
而且對路面表面狀況很敏感, 只要稍微有沙就容易失去抓地力
直線前進時, 油門訊號只能出到90%, 無法全速前進
當下, 我的結論是FE3的彈簧過硬, 阻尼也過硬
再者, 缺乏數據分析, 僅憑感覺調整實在非常不足, 如此難以和強隊競爭
因此, 我測試完後, 下定決心一定要做模擬模型, 以動態數據為依歸來設計懸吊和其他參數
原有的靜態幾何模型實在遠遠不夠用
測試過後, 因為預算不足, 所以只能把FE3拆掉
回收零件並開始FE4的開發計畫
其實我是非常捨不得的...
謝謝你, FE3
這一年, 有你陪伴我成長, 讓我學了很多東西
我還是最後一位開著你的人...
想到這, 眼淚不自覺的流了出來
FE3不只是我參與的作品, 也同時是我的導師
下次, 我們會讓你用FE4的名義再戰沙場
下次, 我們一定要讓你成為眾人矚目的焦點
現在, 我決定不再浪費時間, 投入我所有餘裕的時間和所學
來迎接蛻變的你...
----------------------------------------FE4開發計畫始動----------------------------------------------------
有了之前做轉向系統建模經驗, 這次我便用一樣的方式, 來做全車動態建模
野心有點遠大, 但也不得不放手去做
建模順序:
1, Bond Graph動態建構(下面第一張圖)
2, 從Bond Graph求得數學矩陣模型(下面第二張圖)
3, 寫程式, 把數學模型透過Matlab/Simulink導入成電腦建模(下面第三張圖)
橫向動態操控之Bond Graph建構 (可支援扭力分配控制系統和四輪轉向控制系統)
橫向動態操控之數學模型建構(矩陣)
把以上的數學模型透過Matlab/Simulink導入成電腦建模 (寫程式)
再用同樣的方式, 這次我們來做車子橫向荷重轉移模型
橫向荷重轉移之Bond Graph建構 (這張圖是我在麥當勞吃了大半天, 順便完成的lol)
橫向荷重轉移之數學模型建構(矩陣, 這個花了另外半天才從上面的BG圖推導完成)
把上圖的數學模型透過Matlab/Simulink導入成電腦建模 (只po了最開頭的code, 後面太冗長Orz)
因為比賽後就一直想著建模這檔事, 花了很多時間在思考
所以實際開始畫圖寫矩陣比想像中的快了很多
若是把輪胎模型, 轉向模型...等也依照這個程序建模
整合後得到的綜合模型長這樣
整合後的動態模型
主模型
主模型內部佈局
主模型內的荷重轉移子模型佈局
建完模後, 便到了驗證階段
因為實車還沒出來, 所以透過商用軟體CarSim先做比對測試
橫向G值比對
橫擺率比對 (Yaw Rate)
什麼是橫擺率? (Yaw Rate), 通常我們慣用把車頭指向的座標軸設為X軸, 車門方向為Y軸, 車頂方向為Z軸, 橫擺率指的就是汽車或飛機Z軸的角速度, 是操控性好壞的重要指標
(圖片來源: Wiki: Airplane Principle Axes)
輪胎滑移角比對
輪胎正向力比對
透過和CarSim的預測做比較, 我的模型和它的預測誤差不大, 可以放心使用
驗證後完成後, 便可以開始分析並且優化懸吊, 動力, 傳動和空力參數
這部分的細節等待下回分解
利用模型模擬優化設計後, 把新的參數帶到商用軟體CarSim, 做新車(FE4)和舊車(FE3)的賽道動態比較
同個時間, 新的轉向系統, 我把它交給我組內的新人
他的效率也是挺快的, 在時間內馬上完成基本設計
人因工程分析
轉向柱最大型變分析
轉向柱疲勞分析
轉向支架受力/型變分析
今年, 各組做事的效率非常高, 也許是因為對FE3的不捨和讓它蛻變重生的決心
一路到了2017年的二月, 我們的進度已經較去年同期提前了三個月!
設計圖
車架組技術組長George和FE4
George在高中時便自己設計並且做了三台賽車參加比賽
雖然今年才大二卻擁有超過五年的焊接經驗
除了車架外, 今年的鋁合金車椅也是由他設計和銲接.
除了焊接外, 他對機械和震動學也特別專長
同時, 他也是我們的四號車手
George的車架鋼性分析
George的車架自然頻率分析 (1)
George的車架自然頻率分析 (2)
George的車架自然頻率分析 (3)
車架剛性不儘影響操控性, 更重要的是要確保懸吊動態, 電機系統/引擎的震動頻率不會和車架產生共振, 車架自然頻率離震動頻率越遠越好.
FE4的進度比起FE3快了三個月
傳動組技術組長Emy, 把傳動系統首次放上車架, 確認誤差在容許值內, 這個齒輪和支撐是她自己CNC的
下回, 除了分享後續進度外, 也將分享使用模型建模來提升FE4操控性的案例介紹
敬請期待
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2017 Formula SAE Lincoln 心得分享 上篇 (11/30更新)
再經過了幾個月的建造, FE4已經漸漸成形
FE4俯視圖
FE4正面特寫
Emy正在做備用的齒盤
CNC趕工
備用齒盤成品
大家進行最後組裝
最後組裝完成, 組長們在車上簽名 (有兩個中文名字? 對, 你沒看錯 XD)
FE4新車落地
在UC Davis吉祥物的慶祝下, FE4準備進入為時三個月的測試期
落地立馬參加學校一年一度的Picnic Day遊行 (FE4旁邊的好幾台車有亮點)
今年, 2017的新車代號為FE4
最大馬力:70 匹
最大扭力: 19.4 kg-m (1rpm時產生)
車重: 220kg
配重: 前49後51
輪距: 1225 mm
軸距: 1550 mm
今年的重點放在整車輕量化和懸吊幾何的修改與重新調校
和去年的FE3相比, FE4輕了15kg, 但配重略為向後移 (FE3為前50後50)
懸吊自然頻率從去年的3Hz降到約2Hz
車身剛性經過實測為1780 N.m/deg, 比起去年硬了將近20%
FE4(左) vs. FE1(右) , 兩台車相差了100多kg
當地電視台對我們的新車也很有興趣, FE4落地後沒多久後就來做現場採訪
電視台Live採訪 (Part1, 這段採訪著重於介紹)
電視台Live採訪 (Part2, 這段著重於動態表演, show一下直線加速和剎車)
經理也在印FE4的簡介
今年的進度比起去了快了將近兩個月, 但我們是否能把握這多出的時間, 做到足夠的測試呢?
FE4賽道測試影片
下回, 我會講如何用上次我設計的模型, 優化FE4的操控性和調校懸吊
之後再回到主線 - FE4的賽道測試
還請拭目以待~
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2017 Formula SAE Lincoln 心得分享 中篇 (7/9更新)
在今年進度提前兩個月的情況下, 我們爭取到充足的時間試車
FE4在今年有足夠的時間做測試
能看到剛完成的新車順利地通過各種測試, 內心真的有說不出的感動
除了驗證車子的機械部分運作是否正常
當初在設計階段所做的整車動態模擬, 也可以趁這個機會做驗證
實車速度/橫向G vs 設計階段預測的速度/橫向G (賽道測試/模擬)
透過第一次的賽道測試, 發現FE4的實測單圈(36.9秒)和模擬時預測(36.3秒)相差不算太大
之後幾次測試, 車手的最快單圈來到了36.4秒, 和模擬的誤差只差0.1秒
這台FE4的單圈, 也是UC Davis FSAE team EV這幾年來, 最快的一台車
做為對照, 上一台車FE3, 最快單圈約38~39秒 (同一個車手)
FE4的動力系統和FE2/FE3幾乎一樣, 但透過電腦模擬做的懸吊/終齒比優化
可以讓單圈有著顯著的進步
今年的測試非常成功, 也該是出發比賽的時候了
上車出發! 又一次來回5000多公里(3125英里)的長征
再次橫跨五個州
這也是我最後一次從加州開車去比賽, 也許未來再也沒有機會走這段路
欣賞不同州的風情
珍惜這最後一次去比賽的旅程
2017 Formula SAE Lincoln 正式開賽
在經過連續22小時的車程, 總算把車運到目的地, 但我們並沒有休息時間, 需要在比賽的前兩天內完成機械驗車(ME Tech Inspection)和電機驗車(EE Tech Inspection)
機械整備
電機整備 (必須在大會指定地方進行)
衝去驗車! (這次換我當一下推車小弟)
傾斜測試
FE4車體前後配重稍微偏後, 前49後51 (FE3為前50後50)
左右配重為左49.5, 右50.5, 車總重486磅(220.6 公斤)
今年一切順利, 在時間內通過各種驗車項目, 並且拿下全部的貼紙
這是我第一次, 走到這...
回首FE2, FE3, 我們總是在驗車階段卡關
FE4的順利反倒讓我感覺有點too good to be true...(好不實際的感覺)
驗車過了, 但還有其他的項目要跑
像是Design Review (工程設計項目評分)
今年我扛下Design Review的重責大任
用我的破英文面對三個裁判 (總共四個)
Design Review最重要的秘訣是, 用數據說話(Data speaks louder than guess)
今年遇到的裁判, 比去年刁鑽
除了問我vehicle dynamics(汽車動態學), 懸吊設計, 轉向設計和車架鋼性的問題
還問了我終傳比的選用和空力測試的細節 (傳動組/車架組/車殼組的組長們看著我, 笑得很開心)
裁判對我回答的部分很滿意, 給汽車動態/懸吊/轉向很高的分數
尤其對我的阻尼選用和調整分析, 給了滿分 (大驚)
但對我們的電機系統沿用去年的設計很有意見, 直接給0分....嗯
而我們的車輪殼設計缺乏數據做為後盾, 也幾乎只給0分...嗯嗯
在西方, 沒數據或僅憑感覺的設計, 會被認為是差勁的設計, 切記切記
只有驗證過的數據能說服人
Design Review過後, 車隊的指導教授突然叫上了我
教授: "你現在在通用汽車(GM)的攤位有個面試, 趕快過去"
我: "什麼面試? 什麼通用汽車? 發生什麼事情了?"
教授: "趕快過去, 面試官在等你了..."
我: "......"
原來有通用汽車的工程師看了我的設計報告後, 對我很有興趣
就在這又驚又喜, 又毫無準備的狀況下, 就直接在比賽的地方面試了
沒想到, 面試我的人是個非常傳奇的人物
Alba Colon, GM NASCAR的專案經理, 帶過好幾個冠軍車手
(截圖轉自ESPN, Alba Colon makes things happen for GM)
這次的面試, 我毫無心理準備就算了
當時連她是誰都不知道 lol
沒想到她最後成為我的貴人
讓我現在有機會成為下一代超跑-雪佛蘭Corvette- 的汽車動態控制工程師
面試結束後, 我馬上回到崗位
因為接下來的動態項目賽事, 是能否拿下前三名的關鍵
下回, 也是最終回
人生最後一場FSAE賽事, 不想讓自己留下任何遺憾
離夢想僅差一步之遙, 好想贏
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2017 Formula SAE Lincoln 心得分享 最終回 (7/26更新)
上次忘了提到一個EV賽特有的測試 - 雨天測試
在電機系統全開的情況下, 需要經過灑水五分鐘的洗禮
若在過程中, 高壓系統短路或失效, 那我們的夢可能在此止步
人生最漫長的五分鐘... 還好最後通過了T_T
今年, 總共有40個EV隊伍參賽
直到目前為止, 有將近10個隊伍通過了所有車檢
今年有機會爭冠的幾個學校有
麻省理工學院 (MIT, Massachusetts Inst of Tech)
今年MIT進步神速, 各項表現都很出色
(照片來源: Edgerton Center, MIT Motorsports Formula SAE)
賓州大學 (Univ of Pennsylvania)
賓州大學車隊是去年的冠軍, 今年依然保持強大的戰力
(照片來源: BRINGING THE NEXT GENERATION OF ENGINEERS AND LEADERS TOGETHER. http://www.pennelectricracing.com)
華盛頓大學 (Univ of Washington)
今年第一次參賽, 用的特製電池非常輕巧, 空力套件也做得非常精緻
(照片來源: Washington Engineering, ME Team Win Big!)
威斯康辛大學 - Madison分校 (Univ of Wisconsin - Madison)
今年也是第一次參賽, 整車重金打造, 光是電機系統就花了20萬美金 (約600萬台幣)
前輪雙馬達(一輪一馬達), 後輪單電機(雙輪單馬達+LSD), 馬力80kW(107 hp)
馬力約FE4的兩倍!
(照片來源: https://wisconsinracing.org/, One Team - Two Cars)
另外, 威斯康辛大學在Design Review(DR, 工程設計項目評分)的總成績, 拿下漂亮的滿分
也是唯一的EV隊伍拿下DR各項滿分, 所以被各界看好有機會拿下今年冠軍
Univ of Calif - Davis (加州大學 - 戴維斯分校)
我們的FE4雖然整體性能都不如上面那些車, 但成本不到一萬美金(約30萬台幣), C/P值高是我們的優勢(成本報告上)
動態項目開打
根據我們的計算, 若能順利完成耐久賽, 我們有機會拿下第三名
但是, 往往人算不如天算
在比賽開始前的幾個小時, 我們的電機系統在測試時發生錯誤
車子再也無法開啟. 在花了一個小時找原因後, 只能推測是馬達本身或是控制系統出問題 (確認和電池或BMS無關)
已經快沒時間了, 只能賭了
我們當場把去年FE3的馬達從塵封中再度拿出來, 馬上移植到FE4
開賽前在找不出確實的原因之下做換心手術, 讓我們焦急如焚...
時間一分一秒過得讓人煎熬...
在賽前的最後時間, 我們總算完成了馬達移植
可惜來不及完成全面測試, 只能先衝了
在耐久賽比賽開始前, 其他隊伍也發生了些事情
1, 威斯康辛大學竟然在最後一刻仍沒通過電機車檢, 導致無法上場 (600萬台幣...丟大海了)
2, 加拿大強隊McGill Univ和麻省理工大學MIT竟然在剎車車檢發生車輪殼爆裂/剎車總成爆裂的意外, 但MIT在剎車鎖死測試關站前一刻, 修復剎車並且通過, 順利進入耐久賽
3, 華盛頓大學雖然通過車檢, 但卻來不及參加其他動態項目, 只能出席耐久賽
耐久賽開打!
我們被排在最先上場的五個的隊伍, FE4的性能和過彎能力比其他四台車還優秀很多
因此一開始便狂超車
耐久賽片段影片 (FE4視角)
隨著車手Patrick漸入狀況, 我們的車成為第一台單圈成績低於100秒的車隊
最快單圈來到了94秒, 和去年冠軍只差一點(92秒)
也是UC Davis Formula SAE EV/Hybrid史上在耐久賽的最快單圈
來觀戰的前隊長Henry (2014-2015)和前前隊長Zac (2012-2014)當下流下了眼淚
回首從FE1到FE4, 從憑感覺造車變成由數據造車(Data Driven)
賽車的進化, 車隊的改變, 一切都看在眼裡
Henry: "我再也沒有遺憾了..."
Zac: "我從Hybrid時代一路看過來, 這是隊史上最快的車, indeed..."
於此同時, 各個強隊相繼加入戰局
賓州大學, 多次衛冕FSAE Lincoln EV冠軍, 以王者之姿入場
麻省理工學院(MIT)緊接在後
巴西強隊Universidade Estadual de Campinas接著出場, 在第一圈衝出了非常快的單圈, 技壓MIT,賓州大學和我們的FE4, 創下全場最快單圈, 非常驚人
但在第二圈卻不知何故導致電機系統失靈, 只能含淚退場
接下來, 華盛頓大學(Univ of Washington)也入場了
這台車因為太晚通過車檢, 導致之前沒能參加動態項目
因此, 耐久賽變成第一次讓大家看見他們新車的舞台
"驚人的速度!" , 大會主播驚訝地說著
他們的車用著不可思議的速度, 華麗揭開了新車的序幕
完全沒人能料到華盛頓大學, 第一次做EV賽車, 卻可以把車做得如此之好, 如此之快
"破紀錄了, 88秒", 大會主播再次驚訝地說著
華盛頓大學的第一圈即破了剛剛巴西才創下的大會EV最快單圈紀錄
今年的FSAE EV Lincoln, 看來非常有看頭
雖然我們今年目前的表現都不差, 但看著對手更加茁壯, 更多的新挑戰者加入戰局
這場勝負看來愈加難料
大會拍的比賽剪影
轉眼間, Patrick已經跑完了七圈, 準備進PIT換人
下一位車手, Chris已經準備待命了
此時, 只見電機組組長Sirius臉色凝重, 看著遠端遙控數據說著
Sirius: "電池的溫度已經到達臨界點, 需要降車速慢慢開, 不能再全油門"
Chris不發一語, 躍上了車開始了後半段的賽事
雖然因為電池溫度已達臨界點, 車子速度受限. 但在外面加油的我們, 仍是希望能順利完賽
第八圈, 第九圈...慢慢地過去了
Chris竟在此時決定繼續全油門衝刺
只見Sirius再度臉色鐵青, 透過對講機和車手說到
"電池溫度持續飆高, 再升高一度便會過熱超載..."
車手沒有回應
第十圈過去了, Chris絲毫沒有慢下來的跡象
就再衝刺第十二圈的時候, 車子上面的紅色警示燈突然黯淡了下來 (代表高壓電系統關機)
"Noooooooooooooooo...."
全場觀眾同時喊喝著
我的心當場沉了下去, 若這不是電池沒電, 就是電池過熱了...
難道我們的驚奇只到這邊止步了嗎?
在高壓電警示燈熄滅後, 我們的心立馬沉到谷底
一分鐘後, 確定車子無法再啟動
我們今年的腳步就停在這裡, 離終點尚差2圈多
大家的眼淚不自覺的再次流下......
FE4的最後身影
"盡力了..."
電機組組長看著車子的data說著
"電池有一個cell已經將近熔毀"
FE4已經盡力了, 電池在長時間的大放電輸出下, 溫度已經超過容許值, 保護措施關掉了整車系統
大家也盡力了, 這一年的心血雖然沒轉化成最終的勝利
但這過程早已變成永生難忘的回憶...
每當回想起這段回憶, 仍是會不自覺地淚流滿面
隨著戰況進入尾聲, 賓州大學, MIT和華盛頓大學順利的完成最後的耐久賽
也是40個EV隊伍中(僅有21個隊伍到場), 唯三在耐久賽完賽
我們最終總成績拿下第六名, 剛好在華盛頓大學的後面一名(第五名)
2017 FSAE EV Lincoln正式收幕
FE4謝謝你, 恭喜你也和我們一起畢業了, 感謝你的一路陪伴
這些回憶, 是我們畢業最好的禮物 (由左至右, Nick, 我, 高陽, Patrick, Emy, Dustin, Sirius)
謝謝大家的一路扶持和努力, 雖然沒有完賽, 但這台車無疑是UC Davis史上最快的EV賽車
賽後, 大家也各自步上了新的旅途
Emy, 傳動組組長: 去了傳說中的美國軍火商- 洛克希德
(最近的國造潛艦便是找這家美商提供技術支援)
Chris, 動力組組長: 去EV豪華車廠 - Tesla, 繼續他的EV動力工程(Powertrain Engineer)生涯
Sirius, 電機組組長: 去Tesla實習, 但實習過後繼續攻讀研究所
Patrick, 懸吊組組長: 到了密西根的Ricardo公司擔任懸吊設計工程師(Suspension Engineer)
Colton, 車隊經理: 準備去賓士擔任測試工程師 (Durability Test Engineer)
至於我, 汽車動態組組長, 後來去通用汽車General Motor做進階功能系統整合工程師
(Advance Feature System Integration Engineer)
主要是做下一代雪佛蘭超跑-Corvette的扭力分配控制系統
下一代雪佛蘭超跑 - Corvette C8想像圖
Corvette C8的被偷拍影片 (地點在我辦公室的南北向直線測試道路)
我參與的是"類似"這個版本 (照片和訊息是C&D夢到的, 實際上的訊息以公司公佈為準)
轉眼間
設計新一代的扭力分配系統, 提升下一代Corvette的操控性竟然變成我的工作內容
這又是另一段故事了...
感謝大家這些年來的支持, 讓小弟有一直寫下去的動力 ![]()
"自己的賽車自己做-FSAE Lincoln"系列到這邊算是一個結束
小弟從當初一個學生到今天變成Corvette控制系統設計(操控性)的工程師
若沒有FSAE這幾年的洗禮, 恐怕也不會有機會做到這樣夢幻的工作
謝謝大家一路陪我走過來
之後, 小弟還是會繼續更新下去
重點會放在更多的工程教學或是一些工作方面的經驗分享
希望對汽車工程有興趣的朋友們 (尤其是在汽車操控性或控制系統設計領域) 有所幫助
若您對這條路有興趣, 也歡迎在這邊留言一起討論
我的夢想是幫助更多對汽車工程有興趣, 有夢想的人也能走上這條路
築夢踏實, 有夢最美
下一篇會放在操控性分析及懸吊設計調校
若大家對哪些主題有興趣, 歡迎留言討論
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2017 Formula SAE Lincoln 操控性分析及懸吊設計調校 (7/X更新)
大家好, 今天小弟要和大家分享的是操控性分析和懸吊設計調校
有句話說得好, No Data No Meeting (沒數據, 別開會)
又有一句話說, No Data = Guessing (沒數據=瞎猜)
想要做出好的設計
必須要以數據為依歸, 再透過驗證的過程, 確保設計達到標準
設計一台車的機械結構是如此, 優化一台車的操控性亦是如此
小弟今天就用我們的FE4來做例子
車隊在這方面從分析到調教都是由我操刀, 很開心有機會能在這邊和大家分享
FE4 操控動態分析
這部分我會拆成幾個小部分來講
1, 何謂轉向不足? 何謂轉向過度?
2, 如何透過數據來分析轉向不足/過度? 如何透過數據調校 (Toe/Camber調校範例)
3, 有可能透過數據分析和調校, 讓車子開起來像F3賽車或是Tesla Model S運動轎車?
4, 懸吊太軟?太硬? 該如何決定彈簧/阻尼軟硬 (直線加速篇)
5, 懸吊太軟?太硬? 該如何決定彈簧/阻尼/Anti-roll bar軟硬 (彎道極限篇)
有些部分涉及比較專業的頻率分析, 可能會讓人索然無味
有些部分和傳統的調校經驗有所出入, 歡迎互相交流
小弟分享的部分是基於自身在國外所學和部分在公司或FSAE的經驗, 並無絕對的對錯
希望大部分的討論能和國外一樣是基於數據, 這樣才有互相提升的空間
但若你是對跑車/賽車懸吊設計或操控性提升控制系統(Vehicle Dynamics Control)有興趣的朋友
至少可以帶你大概看一看國外是如何透過頻率分析來優化操控性
讓我們開始吧!
Part 1 何謂轉向不足? 何謂轉向過度?
轉向不足和轉向過度其實有著不同的定義
但從駕駛的角度來說:
轉向不足 (Under-steer) --> 過彎時車子的轉向反應變差, 車子轉向困難 (Pushing)
最慘的狀況就是車子只能直直地朝著路邊的樹撞去
轉向過度 (Over-steer) --> 過彎時車子的轉向變得太過敏銳, 車子的尾巴隨時想甩出來(Loosing)
最慘的狀況是車子打滑Spin, 反打方向盤也難救
中性轉向 (Neutral-steer) --> 車子過彎反應適中, 車子能隨心所欲的過彎
這是最理想的狀況
轉向不足 (Under-steer) vs 轉向過度 (Over -steer)
Part 2 如何透過數據來分析轉向不足/過度? 如何透過數據調校
說到這個, 讓我們先從下圖說起
上面這張圖表示了車的幾個非常重要的自由度, 除了直進速度(Vx), 橫向速度(Vy), 和垂直速度(Vz), 還有圖中顯示的Roll Angle (側傾角), Pitch Angle(俯仰角), 和Yaw Ange (橫擺角).
接下來的例子我會把重點放在Yaw Angel (橫擺角) 和 Yaw Rate (橫擺角的角速度)
還有Steer Angle (方向盤轉向角度)
回到操控性的研究上, 下圖小弟要介紹一下對操控性影響重大的Transfer Function(傳遞函數)
可以想像成Yaw Rate/Steer Angle是一個會根據速度, 方向盤角度還有運動頻率而改變的比值
K在這扮演了非常重要的參數, 受重量, 配重, 懸吊幾何/設定和輪胎...等的影響
所以理想的Yaw Rate在於K接近0的時候
因此, 理想的Yaw Rate可透過帶入 K = 0 求得
假設Yaw Rate/Steer Angle = G
G = 理想的Yaw Rate =Vx * Steer Angle / L
(Vx = 直進速度, Steer Angle = 方向盤/轉向角轉角, L = 車的軸距)
若我們有實車的即時Yaw Rate數據, 可以透過和理想Yaw Rate的比較來判斷是轉向不足或轉向過度. 設理想的Yaw Rate叫做Yaw Desire
若Yaw Desire > Yaw Rate , 則為轉向不足
若Yaw Desire < Yaw Rate, 則為轉向過度
若Yaw Desire = Yaw Rate, 則為轉向中性
(這邊先不考慮左右轉產生的正負號定義問題)
除了用這個公式外, 我們也可以透過測試或模擬數據去求G (Yaw Rate/Steer Angle的傳遞函數)
來分析轉向不足或轉向過度
但理想的G不一定是K = 0, 它也可能是特定的一個傳遞函數
若我今天有一台操控性很理想的A車, 然後想設計一台B車, 目標是讓B車操控性接近A車
那我該怎麼做?
這邊我就用Gran Turismo 跑車浪漫旅和Formula Racing的實車來做個例子
在FE4(圖中最上面的車)的設計階段時, 我們曾想過如何讓它的實車操控性接近GT6裡面的F3或Tesla Mode S.
這個Case我將專注於如何讓FE4的操控性接近GT6裡面的F3
跑車浪漫旅六, 提供可用Motec抓取即時Data的功能, 像上面的賽道圖, 請看右下角的部分
綠色的線代表駕駛在踩油門, 橘色的線代表在剎車, 藍色的線則是沒踩剎車也沒踩油門
左右兩條線代表兩圈不同的data (這張圖是不同的駕駛各開一圈賽道的數據比較)
在這邊就先不提如何用Motec來做這些分析, 大家有興趣的話我們可以聊聊
收集完即時Data後, 我們透過下列的步驟來分析
步驟一: 透過GT6採集數據
步驟二: 用Motec讀取Data
步驟三: 把Motec Data轉成Excel檔
步驟四: 透過Matlab軟體推算出G (Yaw Rate/Steer Angel的傳遞函數)
步驟五: 建立FE4全車模擬模型 (或用商用軟體CarSim代替)
步驟六: 用機械學習的方式找出最佳化的懸吊組尼, 彈簧係數和轉向齒比, 使得FE4的操控性接近GT6裡面的F3
引用網址：https://home.gamer.com.tw/TrackBack.php?sn=2878255
All rights reserved. 版權所有，保留一切權利
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相關創作
留言共 6 篇留言
CYL：
看了這篇回想起兩年前的日子 雖然苦 但是很充實
我是2014年UC Irvine Anteater Racing的成員之一
話說當年EV組的安檢超嚴的 最終記得只有不超過3所學校電動賽車能上場跑
我們這隊也為了通過安檢個人熬了快3天的夜晚跟團隊在趕工 雖然最後還是沒能成功
但也是一段難忘的記憶了
看了這篇回想起兩年前的日子 雖然苦 但是很充實
我是2014年UC Irvine Anteater Racing的成員之一
話說當年EV組的安檢超嚴的 最終記得只有不超過3所學校電動賽車能上場跑
我們這隊也為了通過安檢個人熬了快3天的夜晚跟團隊在趕工 雖然最後還是沒能成功
但也是一段難忘的記憶了
月亮守護者：
這段回憶的確很難忘! 大大當時有順便來我們的攤位看看嗎 :-D ?
EV的安檢真的超級難, 我們光電池就被裁判懸在那邊問了一個多小時 Orz
比賽前提交的FMEA也是檢查的超級嚴格
整年下來, 感覺人生超過大半的時間都花在這
比賽完後休息一個月, 之後繼續同樣的cycle無限loop XD
很開心能這遇到大大, 以後有機會希望能和大大多多交流!12-26 14:21
這段回憶的確很難忘! 大大當時有順便來我們的攤位看看嗎 :-D ?
EV的安檢真的超級難, 我們光電池就被裁判懸在那邊問了一個多小時 Orz
比賽前提交的FMEA也是檢查的超級嚴格
整年下來, 感覺人生超過大半的時間都花在這
比賽完後休息一個月, 之後繼續同樣的cycle無限loop XD
很開心能這遇到大大, 以後有機會希望能和大大多多交流!12-26 14:21
CYL：
話說的沒錯 我們當初就是死在電池那邊
我們那時設計跟你們不一樣 我們是將整個電池組類似以ㄇ字型的方式環繞在駕駛座旁
然後整個電池箱是以高強度鋼板所製成的
結果裁判對我們電池放置的位置似乎很有疑慮 並堅持要在電池箱裡多加一層類似防火或防爆的隔層
不管我們隊長怎麼解釋其實我們的電池箱本身就有那功能了但還是沒用
最後受限於電池箱的設計空間我們實在已經用盡了 不管怎麼改都會變成需要整個大改
要是還在學校的話一定2天內可以趕出來 但結果還是沒辦法
連隨行跟我們Irvine的Nissan工程部門的總經理都說安檢有點嚴過頭了
話說那時有點羨慕MIT 他們那時的工作區域就在我們旁邊
他們好像知道安檢不會過後 做完靜態展示就打包收工沒有動作了XD
不像我們還搞得天翻地覆一直到最後一天 冏
話說的沒錯 我們當初就是死在電池那邊
我們那時設計跟你們不一樣 我們是將整個電池組類似以ㄇ字型的方式環繞在駕駛座旁
然後整個電池箱是以高強度鋼板所製成的
結果裁判對我們電池放置的位置似乎很有疑慮 並堅持要在電池箱裡多加一層類似防火或防爆的隔層
不管我們隊長怎麼解釋其實我們的電池箱本身就有那功能了但還是沒用
最後受限於電池箱的設計空間我們實在已經用盡了 不管怎麼改都會變成需要整個大改
要是還在學校的話一定2天內可以趕出來 但結果還是沒辦法
連隨行跟我們Irvine的Nissan工程部門的總經理都說安檢有點嚴過頭了
話說那時有點羨慕MIT 他們那時的工作區域就在我們旁邊
他們好像知道安檢不會過後 做完靜態展示就打包收工沒有動作了XD
不像我們還搞得天翻地覆一直到最後一天 冏
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