Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Studenti staví automobil pro soutěž Formula Student/SAE

CTU CarTech (www.cartech.cvut.cz) je univerzitní tým na ČVUT v Praze, který přijal výzvu soutěže Formula Student/SAE a vyvíjí vůz formulového typu s cílem startovat v srpnu 2009 v soutěži Formula Student Germany na okruhu Hockenheim. V týmu je zapojeno přibližně třicet studentů převážně z fakulty strojní a elektrotechnické. Jsou zařazeni do pracovních skupin, ve kterých řeší dílčí projekty zaměřené na konstrukci, vývoj a výrobu součástí vozu. Prací pro tým mají studenti možnost realizovat své nápady, aplikovat teorii přednášenou na univerzitě v praxi a získat tím mnoho praktických zkušeností z konstrukce a výroby vozu. Nabízí se jim možnost rozšířit si své vesměs teoretické univerzitní vzdělání o zkušenosti z práce v týmu se všemi úskalími a odpovědností za výsledek.
 

Atraktivní projekt technického vzdělávání

 
V rámci ČVUT v Praze nalezl tým CTU CarTech podporu a zázemí na Fakultě strojní v ústavu automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel a na Fakultě elektrotechnické na katedře řídicí techniky. Jde o projekt natolik atraktivní z hlediska technického vzdělávání, že se jej rozhodly podpořit nejen významné firmy z automobilového průmyslu (generálním partnerem týmu je Škoda Auto a. s.), ale také instituce starající se o podporu technických talentů, kterými jsou nadace ČVUT Media Lab a Centrum podpory talentů. O tom, že je o studenty zapojené v projektu zájem, svědčí i podpora zavedené vývojové firmy Swell, poskytující své služby nejznámějším světovým automobilkám.
 

Soutěž Formula Student/SAE

Soutěž Formule SAE vznikla v USA roku 1981 a od roku 1998 se pořádá její evropská obdoba Formula Student. Soutěží se ve statických a dynamických disciplínách, které prověřují technickou vyspělost týmu a jejich vozu. Výsledky týmů hodnotí odborná porota složená z členů profesionálních týmů ze světa motoristického sportu, nezřídka z Formule 1 (F1).
 
Do statických disciplín této soutěže patří:
  • technická prohlídka vozu – zjišťuje se, zda vůz splňuje pravidla soutěže, velký důraz je kladen na bezpečnost jezdce,
  • prezentace týmu a vozu,
  • technická vyspělost konstrukce vozu,
  • rozbor nákladů.
V celkovém hodnocení lze více bodů získat za dynamické disciplíny, v nichž se hodnotí:
  • akcelerace,
  • jízda v osmičce,
  • slalom,
  • závod na 22 km, při kterém se zároveň měří spotřeba paliva.
O výsledku dynamických disciplín rozhoduje dosažený čas. V roce 2009 se evropské soutěže budou konat na okruzích Hockenheim v Německu, Silverstone ve Velké Británii a Riccardo Paletti Circuit v Itálii.
 

Koncepce vozu

Koncepce vozu FS01 pro soutěže Formula Student/SAE je svou podstatou velmi podobná dnes používaným koncepcím formulových vozů v závodech F1. Jde o jednosedadlový vůz poháněný konvenčním spalovacím motorem, který je umístěn v prostoru mezi jezdcem a poháněnou zadní nápravou (tzv. uprostřed). Základem navrženého vozu (obr. 1) je prostorový svařovaný trubkový rám z konstrukční oceli, na kterém je uchycen motor s převodovkou a nápravy vozu. Rám vytváří jak bezpečný kokpit pro jezdce, tak nosnou strukturu všech komponent vozu. K rámu je připevněna sklolaminátová karoserie dynamického tvaru opatřená bočními žebry pro umístění chladičů. Pro zajištění dobrých dynamických vlastností vozu jsou všechna kola zavěšena nezávisle a podvozek je plně přestavitelný. Točivý moment je z převodovky na hnaná kola přenášen řetězovým sekundárním převodem a hnaná (zadní) náprava je vybavena samosvorným diferenciálem typu Torsen. Všechna kola jsou brzděna kotoučovými brzdami, které jsou stejně jako komponenty řízení výsledkem spolupráce s firmou TRW
Automotive.
 

Motor

Pohonné ústrojí je tvořeno čtyřdobým pístovým motorem, jehož maximální zdvihový objem je v souladu s pravidly soutěže omezen na 610 cm3. Povinnou součástí sání je restriktor, jehož průměr je předepsán v závislosti na použitém palivu. Pravidla povolují motor přeplňovat, ale jen v případě, že nebyl přeplňován originální motor určený ke konstrukci vozu.
 
Pro první vůz byl zvolen nepřeplňovaný čtyřválcový motor z motocyklu Yamaha YZF-R6 vybavený šestistupňovou sekvenční převodovkou. Ve své kategorii patří mezi špičku a je vyhledáván i konkurenčními týmy. Mezi nezbytné úpravy motoru patří hlavně přizpůsobení jeho mazání a chlazení. Výfukové potrubí, řešené za podpory firmy Faurecia Exhaust Systems, bude pro snížení těžiště vyvedeno do strany. Motor řídí řídicí jednotka, která umožňuje, na rozdíl od sériově dodávané, změnu regulovaných parametrů. Díky tomu je možné měnit množství nasátého vzduchu škrcením v sání.
 
Současně s úpravami motoru se staví brzdové stanoviště pro testování motoru. Je vybaveno dynamometrem a díky sponzorským darům i moderním systémem měření a sběru dat. Základní fyzikální veličiny budou měřeny snímači od firmy Newport Electronics. K detekci okamžitého tlaku ve spalovacím prostotu válce a vyhodnocení začínajícího klepání bude použita indikační svíčka od firmy Kistler, dovolující měřit bez zásahu do konstrukce motoru. Naměřené parametry jsou zpracovány měřicí kartou a softwarem od firmy National Instruments. Toto stanoviště si studenti staví celé od základů v prostorách motorové zkušebny ústavu automobilů Fakulty strojní v Praze, Na Julisce.
 

Elektronika a mechatronika vozu

Celý systém elektroniky je koncipován jako distribuovaný a v současné verzi obsahuje šest modulů, které jsou spolu provázány dvěma sběrnicemi CAN (informační a řídicí). Vůz FS01 bude vybaven elektropneumatickým řazením, diagnostikou s možností monitorování on-line, řízením trakce a dalšími podpůrnými funkcemi důležitými pro moderní soutěžní automobil.
 
Řídicí jednotka volantu (obr. 2) je určena k ovládání elektromechanických systémů celého automobilu. Zároveň zprostředkovává důležité informace pro jezdce (např. otáčky motoru či aktuální rychlostní stupeň).
 
Elektropneumatické řazení je ovládáno vlastní jednotkou, která má na starosti polohování mechanismu řazení v závislosti na povelech vysílaných řídicí jednotkou volantu. Systém řízení trakce automobilu je důležitý k omezení chyb jezdce při prudké akceleraci. Je založen na principu snímání otáček kol přední a zadní nápravy a následného snížení výkonu motoru v případě, že algoritmus vyhodnotí prokluz kol hnané nápravy.
 
Funkce předchozích modulů je závislá na dvou jednotkách, které zpracovávají informace od senzorů rozmístěných v automobilu (např. otáčky motoru či úhel natočení volantu). Tyto jednotky distribuují získané údaje na informační sběrnici CAN.
 
Diagnostická jednotka sbírá data z obou sběrnic CAN a ukládá je do samostatných souborů. Tyto informace bude možné analyzovat a následně využít při dalším vývoji automobilu.
 
Elektronika je vyvíjena za podpory katedry řídicí techniky (FEL), Centra podpory talentů při katedře řídicí techniky (FEL) a společnosti Festo, která dodala komponenty elektropneumatického systému řazení.
 

Závěr

V týmu CTU CarTech panuje neustále čilý ruch. V prosinci loňského roku byl oživen a poprvé spuštěn motor a dokončuje se brzdové stanoviště pro měření jeho výkonu. Začátkem ledna 2009 byl dokončen rám vozu, dále se vyrábějí dílčí komponenty a jsou testovány elektromechanické systémy. Veškerá činnost je koordinována tak, aby bylo možné po přibližně roční práci poprvé představit vůz širší veřejnosti, a to na veletrhu Amper 2009, konaném koncem března na výstavišti v Praze-Letňanech. Motoristické veřejnosti bude vůz představen na Autosalonu 2009 v Brně začátkem června. Dne 15. ledna 2009 se tým CTU CarTech úspěšně zaregistroval k účasti v soutěži Formula Student Germany 2009 a se startovním číslem 30 bude v konkurenci dalších 77 týmů z celého světa reprezentovat nejen svoji mateřskou univerzitu, ale také jako jediný tým Českou republiku.
 
Ing. Radek Tichánek, Ph.D.,
Ing. Michal Vašíček,
Ing. Libor Červenka,
Bc. Lukáš Čarek
 
Obr. 1. Aktuální podoba prostorového návrhu vozu FS01
Obr. 2. Řídicí jednotka volantu