Nieuwsbrief Special Design Presentatie DUT13 by Formula Student Team Delft

DUT racing team

Nieuwsbrief

Special

Design Presentatie DUT13

Inhoud -

Introductie Powertrain Drivetrain Vehicle Dynamics Chassis

Racing

Formula Stude

g Team

Introductie

ent Team Delft

In oktober hebben we de richtlijnen voor het ontwerp van de DUT13 vastgelegd. We gingen ons vanaf dat moment focussen op een auto die licht is, een laag zwaartepunt heeft, een 50-50 krachtenverdeling heeft en veel neerwaartse kracht genereerd met een minimaal energie verbruik.

Nu, ruim 2 maanden later, hebben we deze auto ontworpen. Van 5 abstracte speerpunten hebben 55 engineers, ondersteund door het operations departement, een volledige raceauto ontworpen, in minder dan 80 dagen! Een prestatie waar elk teamlid trots op mag zijn. Want zij hebben niet zomaar een auto ontworpen: ze hebben een auto ontworpen waarvan wij ervan overtuigd zijn dat deze over een half jaar in staat is de competitie te winnen.

In deze nieuwsbrief zullen wij u vertellen hoe deze auto, de DUT13, eruit zal gaan zien. Want hoe ziet zo’n auto, die in 2.5 seconden naar 100 km/h kan accelereren en bij 130 km/h op z’n kop kan rijden, er nou eigenlijk uit? Per departement zal elke chief vertellen wat de DUT13 uniek maakt, waarom wij denken dat deze auto over een half jaar op het podium zal staan en waarom deze auto weer beter is dan zijn voorganger. - Reinier Alberda, Chief Engineer.

Powertrain Het meest belangrijke onderdeel van de powertrain zijn de accupakketten. In de accupakketten wordt alle energie opgeslagen die nodig is om de auto aan te drijven. Door de grote hoeveelheid energie die hierin opgeslagen moet worden is dit uiteraard ook een gevaarlijk onderdeel om mee te werken. Dit zorgt ervoor dat het extra belangrijk is om veiligheid mee te nemen tijdens het ontwerp en dus kozen we ervoor om het accupakket op te delen in modules. Hierdoor blijft de spanning gedurende het grootste deel van de assemblage op een veilig niveau. Door een verandering in de regels, is het interessanter om als elektrisch

team sneller te rijden tijdens de endurance race. Aangezien we nu vanaf de start 6.3 kWh aan energie meenemen in de auto, zal het accupakket zwaarder uitvallen dan voorgaande jaren. Het is dan ook van belang om het zwaartepunt zo laag mogelijk te houden. Daarom zijn we ertoe gekomen de batterij cellen op elkaar te stapelen in plaats van langs elkaar te plaatsen. Aangezien er op hogere snelheid gereden zal worden zullen de accuâ&#x20AC;&#x2122;s ook veel warmer worden. Koeling is dus van groot belang. Om de efficiĂŤntie te vergroten en warmteontwikkeling te verkleinen hebben we gekozen voor een, voor

Racing

Formula Stude

ons nieuwe technologie om de cellen te koppelen, namelijk laser lassen. Het goed opzetten van een dergelijk lasproces vraagt veel tijd, maar een nette en constante verbinding is het resultaat. Verder zal de complexiteit van de hoge voltage kabelboom verminderd worden. Door simpelweg de kabelboom korter te maken wordt de betrouwbaarheid en onderhoudsvriendelijkheid vergroot, terwijl het gewicht

accupakket

g Team

motor controller en splitbox

ent Team Delft

afneemt. Het grootste deel van de elektronica wordt ook ontworpen en geproduceerd door de powertrain afdeling. Er is veel fundamenteel onderzoek gedaan naar het communicatiesysteem, zodat alle onderdelen volgens de specificaties met elkaar kunnen communiceren. Verder is de coureur interface zo ontwikkeld, dat deze ook als debug interface kan werken. Dit wil zeggen dat fouten die in het systeem zijn geslopen gemakkelijker kunnen worden opgelost tijdens de testfase.

module

module met bms

dashboard

Drivetrain Door de extra down force kunnen we in theorie harder accelereren, maar dat moet je dan nog wel met juiste hoeveelheid koppel kunnen leveren. De gehele aandrijflijn van de DUT13 is zo ontworpen om dit te kunnen leveren en tevens zo licht mogelijk te blijven. Verder hebben we ervoor gekozen om de gehele transmissie in de wielen te plaatsen. Voor de voorkant is het een logische keuze om de motoren in de wielen te plaatsen, anders zou je ze dicht bij de benen van de coureur moeten plaatsen en dat wil je als ontwerper, en meer bepaald als coureur, liever niet. Achteraan zijn de motoren nu ook in de wielen geplaatst. Aandrijfassen zijn dan niet meer nodig en bovendien kom je tot ge誰ntegreerd ontwerp wat alleen maar een voordeel

is voor het gewicht. Bovendien kunnen de motoren lager geplaatst worden dan wanneer ze zich binnen het chassis bevonden.

Racing

Formula Stude

transmissie

upright assemblage

Zoals al gezegd moet er dus veel koppel worden overgebracht naar het wegdek. En omdat je de auto licht wilt houden, moet er een optimum gevonden worden tussen de motor, motorcontroller en de transmissie. De motoren, die we in samenwerking met AMKantriebe uit Stuttgart ontwikkelen, wegen ongeveer 4 kg en kunnen 26 kW vermogen leveren, deze vermogensdichtheid is te vergelijken met een KERS-systeem van de Formule 1. De behuizing van de motorcontroller gaan we dit jaar weer herontwerpen en van koolstofvezel maken. De motoren en motorcontrollers zullen gekoeld moeten worden. Dit jaar zullen de radiators in de side-pods geplaatst worden. Dit zal ervoor zorgen dat de luchtstroom naar de

g Team

ent Team Delft

motor upright met transmissie

achtervleugel niet verstoord wordt en zal ook de massa laag houden. De transmissie heeft een overbrenging van 14:1 om het relatief lage koppel van de motor te kunnen omzetten naar voldoende kracht op de weg. Om deze hoge overbrenging voor elkaar te krijgen zijn er twee stappen nodig. De eerste stap vanaf de motor is een normale tandwiel overbrenging (4:1) en de tweede stap is een planetaire overbrenging (3.5:1). Dit jaar is er gekozen voor vier planeten, omdat het voor onze toepassing lichter is dan drie. Een bijkomend voordeel van deze transmissie is dat de motor excentrisch geplaatst kan worden op de upright (en bijgevolg ook lager). De upright is het onderdeel waar alles samenkomt.

De gehele aandrijflijn wordt met dit onderdeel verbonden met de rest van de auto en omdat het tegelijk een overbrenging, remsystem en motor bevat, vormt het een mooi ge誰ntegreerd geheel. De remschijf wordt gemaakt van een aluminiumlegering die

hiervoor geschikt is. Het resultaat is dan de remschijven ongeveer twee keer zo licht worden als vorig jaar. Ook de velgen worden dit jaar herontworpen om de zwaardere lasten die de aerodynamica met zich meebrengt te dragen.

aluminium composiete remschijf

Vehicle

Dynamics Dit jaar houdt het â&#x20AC;&#x153;Vehicle Dynamicsâ&#x20AC;? departement zich bezig met de wiskunde achter de auto. Zij bepalen hoe de auto zich in theorie hoort te gedragen zodat de andere departementen dit kunnen waarmaken. Dit jaar houden ze zich onder andere bezig met aerodynamica, de geometrie, het veer demper systeem, de controle systemen, telemetrie. Laten we beginnen met het toelichten van de aerodynamica. Aan de onderkant van de auto komt er een Venturi tunnel. Deze tunnel creĂŤert een lage druk gebied onder de auto. Het voordeel van deze tunnel is dat we een heel grote oppervlakte kunnen

DUT13 met aero

gebruiken. Er zal ook een voor- en achtervleugel toegevoegd worden om nog meer neerwaartse kracht te genereren. De voorvleugel zal enkel voor de wielen geplaatst worden, zodat de luchtstroom voor de Venturi niet verstoord wordt. Omdat er nu zoveel aerodynamische onderdelen op de auto worden geplaatst, is het erg nadelig als de wagen gaat kantelen. Daarom zal de ophanging veel stijver ontworpen worden in vergelijking met vorig jaar. Om de verticale beweging van de wagen tegen te gaan zijn de veren stijf genoeg zodat we geen anti-roll bar meer nodig hebben. Dit jaar wordt

Racing

Formula Stude de geometrie zo ontworpen dat de auto minder zal overhellen tijdens het accelereren en het remmen. Het controle systeem van de auto zal een slip-ratio controller en yaw-rate controller bevatten, die ook op de DUT12 aanwezig waren. De slip-ratio controller werkt als een tractiecontrole systeem. De yaw-rate controller controleert het bochtengedrag van de auto. Er zal ook een sensor zijn die de snelheid in voorwaartse en zijwaartse richting meet. Zo zullen we onze slip nog nauwkeuriger kunnen bepalen met als gevolg dat we nog meer controle hebben over de wagen.

g Team

DUT13 met aero

ent Team Delft Als laatste zullen we de auto uitrusten met telemetrie. Dit zorgt ervoor dat we zonder fysiek contact met de auto kunnen communiceren. Dit kan zeer handig zijn als de wagen aan het rijden is. Het systeem zal worden ge誰ntegreerd op de ECU (de computer van de auto), met uitzondering van de antenne.

geometry voor & veer-demper

venturi

geometrie & veerdemper systeem

DUT13 vleugels & venturi

Chassis De monocoque is ook dit jaar ontworpen met veiligheid als belangrijkste eis. Hij mag namelijk niet stuk gaan bij een frontale crash tot 20g deceleratie. Verder is de voorkant van de monocoque ontworpen om zich zo strak mogelijk rond de coureur te vormen. Achterin moet het alle inkomende krachten verwerken. De motoren en transmissies bevinden zich dit jaar in de wielen, dit zorgt ervoor dat er achterin geen plek moet worden vrijgehouden voor deze onderdelen. Nadat de monocoque met handberekeningen een eerste lay-up (de strategie voor het leggen van de koolstofvezel matten) had gekregen, is deze daarna geoptimaliseerd met de computer d.m.v. Finite Element Analysis (FEA). De productie van de monocoque zal door onszelf gedaan worden met op voorhand met hars ge誰mpregneerde (prepreg) koolstofvezelmatten en een aluminium honingraad structuur die samen een sandwich structuur vormen. Zoals bij vehicle dynamics reeds is beschreven, houdt het ontwerp van de DUT13 veel rekening met een goed aerodynamisch ontwerp. Voor de monocoque

Stuursysteem

Racing

houdt dit aan de onderkant in dat deze gekromd is, om daar de Venturi tunnel te plaatsen. Zoals reeds vermeld, is de voorkant van de monocoque ontworpen om zich zo strak mogelijk om de benen van de coureur te vormen. Omdat er verschillende coureurs in de auto moeten passen, is ervoor gekozen om de pedalen verstelbaar te maken. Hierdoor kunnen de benen van vooral grote coureurs naar beneden, wat ook het zwaartepunt van deze benen naar beneden brengt. Het zitje zal op maat gevormd worden naar een grote coureur. Kleinere coureurs zullen een vulling krijgen in het

Formula Stude

zitje, zodat ze zonder te verschuiven in de auto kunnen rijden. Verder is in het voorgaande jaar ook een goed stuursysteem ontworpen,

Coureur interface

Aanpasbare Pedal Box

g Team

ent Team Delft

zodat dit systeem vooral kon worden geperfectioneerd. Met de motoren en transmissies in de wielen en de coureur, de motor controllers en de ECU in de monocoque, hebben bijna alle grote onderdelen in de auto een plekje gevonden. De twee delen van het accupakket hebben echter nog geen plaats gekregen. Ze worden namelijk in side-pods naast de coureur geplaatst. De kappen rond deze onderdelen zijn gevormd zodat de luchtstromen naast de coureur gebruikt kunnen worden voor de koeling van het accupakket maar ook deze te leiden naar de radiatoren, die zich boven de accuâ&#x20AC;&#x2122;s bevinden.

Cockpit Lay-out

Monocoque

Racestoel op maat

Stuurwiel