2016/02/23
Back to Basics
「基本に立ち返って」
I have just returned from Formula Student India, where the importance of re-covering the basics became obvious. We forget the churn of students through Formula Student and often the basics are forgotten when new teams attempt to advance on the designs of previous teams.
私はちょうどFSAEインド大会から帰ってきたところです。インド大会では、基本に立ち返ることの重要性がはっきりと示されました。私たちは、FSAEに参加している学生とは入れ替わるものであり、そして新しいチームが前のチームの設計を進歩させようと試みるとき、しばしば基本的なことが忘れ去られてしまうのだ、ということを忘れていました。
The first and most obvious thing seen is that the Newtonian dictum of F=ma is often forgotten. The amount of the force 'F' available to teams is limited by the rules, so if the acceleration 'a' is to be increased, then the only real option is to reduce the mass 'm'.
最初に発見した、かつ最も明らかな事柄は、F=ma というニュートンの格言がしばしば忘れ去られてしまっていることです。チームが利用可能な「F」つまり力の総量はルールによって制限されているため、「a」つまり加速を向上させたい場合の唯一現実的な選択肢とは、「m」つまり質量を減少させることです。
I regularly repeat 'Pat's three rules of FS design to students'. They are...
私は定期的に「学生フォーミュラの設計におけるパットの3つのルール」を繰り返します。それは…
1) All other things being equal, the car with the lowest mass will win.
2) All other things being equal, the car with the lowest c/g of the suspended mass will win,
3) All things being equal, the car with the lowest polar moment of inertia in all axes will win.
1）他のすべてのものが同じであれば、質量が最も少ない車が勝つだろう。
2）他のすべてのものが同じであれば、ばね上質量の重心が最も低い車が勝つだろう。
3）何もかもが同じであれば、全ての軸における極慣性モーメントが最も少ない持つ車が勝つだろう。
I ask teams to write a simplified version of these rules in permanent marker in the top left hand corner of the whiteboard in their design office...
私は、彼らの設計室のホワイトボードの左上角に、油性マジックでこれらのルールの簡易版を書いておくようチームにお願いしています…
1. Reduce the weight.
2. Lower the weight.
3. Centralize the weight.
1. 車重を減らせ。
2. 重心を下げろ。
3. マスを集中化しろ。
Then, every design decision to be made must be measured against those three requirements.
そして、設計におけるいかなる決定も、これら3つの要件と照らし合わせて優劣を判断しなければなりません。
A simple example might be, "What battery do we use, lithium or lead/acid"?
Rule 1 shows it must be the lithium option as it is much lighter.
Then, "Where should we mount it"?
The answer, according to Rule 2, is it must be mounted on the floor and Rule 3 states it must be mounted centrally. An ideal position would be just behind the firewall. Not in the nose of the car, ahead of the master cylinders as shown below.
簡単な例を挙げましょう。「リチウムイオンと鉛、どちらの電池を使うべき」？
リチウムイオンがはるかに軽量であるなら、ルール1はそれを選択しなければならないことを示しています。
そして「私たちはそれをどこにマウントすればいいのか」？
ルール2によると、それはフロア上に取り付けられなければなりません。ルール3を満たすなら、それは中央にマウントされなければなりません。理想的な位置はファイアウォールのすぐ後ろでしょう。車両の鼻先、以下に示すようにマスターシリンダーの前であってはいけません。
（画像）
Virtually every car in India was fitted with push-rod or pull-rod suspension operation. Some designs were dreadful with the team clearly not able to visualize the load paths. When asked 'Why?", no team could give a satisfactory answer! By looking at pictures of FS and FSAE cars on Google, they determined all FS cars use such suspension operation, but none questioned why it was so.
インド大会において、ほぼ全ての車両はプッシュロッドまたはプルロッドのサスペンション構成を取っていました。いくつかの設計は、恐ろしいことにチーム[ですらも]明らかに荷重経路の可視化ができていませんでした。「[この形式にした]理由は？」と尋ねられたとき、どのチームからも満足のいく回答は得られませんでした！彼らはGoogleで検索した学生フォーミュラ大会とFSAE車両の画像を参考に、全ての学生フォーミュラ車両がこうしたサスペンション構成を取っていると結論付けたようですが、しかし、なぜそうしているかについては疑問を持ちませんでした。
I explained that changing the bell-crank geometry, the spring and damping rates could be changed, but all admitted that the only changes they ever made was to spring preload or to damper valve adjustments, thus showing that the complications imposed by actuating rods just added weight and increased the cost and parts count.
私はベルクランクのジオメトリーを変更することでスプリングとダンパーレートを変更できることを説明しましたが、しかし彼らはあらゆる変更をスプリングのプリロードまたはダンパーのバルブ調整だけで行っていることを認めました。つまり、アクチュエーションロッド[*1]はただ重量を追加しコストと部品点数を増加させただけであり、複雑化を招いていました。
[*1 作動ロッド。プッシュロッドもプルロッドも含む]
When the bell-crank assemblies and associated brackets etc., were subjected to Pat's three rules, they failed on all counts!
[このような]ベルクランクおよび関連するブラケットなどをパットの3つのルールに照らし合わせるなら、それらは全ての項目で失格です！
When I explained to them that some of the fastest FS cars in the world, ie. GFR and Monash, use direct acting suspension, I was met with blank stares. They had not seen pictures of that on Google!
私は世界最速の学生フォーミュラ車両たちについて、つまり、私があっけにとられた直動式サスペンションを持つ、GFRとモナシュ[の車両]について彼らに説明しました。彼らはGoogleでその画像を見ていませんでした！
This is a clear example of 'Monkey see, monkey do', where teams copy design ideas without having a full understanding of the reason for the design feature in the first place. Remember, the first question the Design Judges will ask is "Why"? and if there is no satisfactory answer, then the score awarded will be low. The judges understand there will be a fair amount of Design carryover in most cars, so often the "Why?" question is not just an investigation of knowledge, but also a check on the knowledge transfer within the team. An answer often heard is 'The student who designed that has graduated". Such an answer is the kiss of death to a team's aspirations to make it into the Design Finals.
これは、そもそもの設計の特性を完全に理解することなく、設計のアイディアをコピーしてしまう「猿真似」の明らかな例です。設計審査官が訪ねてくる最初の質問が「理由は？」であることを覚えていますか？満足のいく回答がない場合、その後与えられるスコアは低くなります。審査官は、ほとんどの車両に[前年から]キャリーオーバーされた設計がかなりの量あることを理解しています。なので「理由は？」という質問は、単に知識[の有無]を調べているだけではなく、チーム内で知識の引き継ぎができているかもチェックしているのです。よく聞く回答は「それを設計した学生は卒業しました」です。デザインファイナルに進みたいチームにとって、そうした回答は死へのキスです。
Another issue identified by the Design Judges in India was the 'Kit car syndrome'. where the team bought in most of the components needed to build a car, including uprights, hubs, steering assembly, differential, bell-cranks, brakes etc, and the assembled them into a car.
インド大会の設計審査官によって認識されたもう一つの問題は「キットカー症候群」でした。 チームはアップライト、ハブ、ステアリングアセンブリー、デフ、ベルクランク、ブレーキなど、車両を構築するために必要なコンポーネントのほとんどを購入して、車両にそれらを組み込む[だけの]場所になっていました。
The judges understand that a team cannot make all the components used in their car, but they do expect the team to 'Design' rather than 'Assemble' a car around these components. {This would entail some 'reverse engineering' of components like uprights so a proper FEA assessment might be made to justify the choice of those components to the judges.}
審査官は、チームが自分たちの車両に使用される全てのコンポーネントを作れるわけではないということは理解しています。しかし、審査官たちがチームに期待しているのは、車両周辺のそうしたコンポーネントの「組み付け」よりも「設計」です。これはアップライトのようなコンポーネントにいくつかの「リバースエンジニアリング」を伴うことになります。つまり、審査官に対してこれらのコンポーネントの選択を正当化するため、それらしいFAE評価書が作られるかもしれません。
（画像）
This picture shows a 'Kit car' upright used on a FS car.
この画像は、学生フォーミュラ車両に使われていた「キットカー」的アップライトを示したものです。
A quick perusal of the picture shows the designer clearly did not understand the forces involved.
画像をちょっと見ただけでも、設計者は明らかに力の関係を理解できていなかったことが分かります。
This car did not clear Technical Inspection, but if it had, I would have expected a failure of the bottom outboard rod end in a very short time.
この車両は車検を通過しませんでしたが、もし通過していた場合、私は極めて短時間でロアアームのアウトボード側ロッドエンドが破損したと予想しました。
Cars at FSG are expected to be tested before the event and video evidence submitted. Such testing would have identified this potential problem before the event, giving time for some re-designing and rectification.
ドイツ大会の車両は大会の前にテストされ、映像による証拠提出が行われるはずです。このようなテストは、大会の前にこうした潜在的な問題を特定し、いくつかの再設計や修正のための時間を与えます。
Note, neither the top or bottom threaded fasteners are locked as required by the rules.
上下のねじ部品いずれにも、規則で要求されるロック[緩み止め]がないことに注目してください。
In closing, it would be improper to end a discussion that included FS India without complimenting the team from K.J.S.C.I. Mumbai on their second consecutive win in the event. We will see this team at FS Germany in the Summer.
最後に、大会で2連覇したムンバイのK.J.S.C.I.を褒めることなく、インド大会に関する議論を終えるのは不適切かと思います。夏のドイツ大会で、私たちは彼らのチームと会うことになるでしょう。
Design Error of the Month
今月の設計ミス
We regularly see failures of carbon-fibre suspension members. Usually, this occurs when the threaded insert or clevis pulls out as a result of an adhesive failure.
私たちは炭素繊維製のサスペンション構造の破損に定期的に出会います。通常、これはネジ付きインサートまたはクレビスが接着破壊されて抜け落ちた結果として発生します。
（画像）
[訳注：おそらく左ロアアーム車体側のブラケットが抜け落ちている]
When the Design Judges ask if the part integrity has been tested, invariably we are shown some test pieces and the associated data. But when we ask if the actual part fitted to the car has been tested, we usually get a blank look!
試験済みである[とチームが主張する]無傷の部品に対して設計審査官が尋ねるとき、私たちは必ず、いくつかの試験片とそれに関連するデータを見せられます。しかし「実際の部品を車に取り付けて試験しましたか」と私たちが尋ねると、だいたいいつも、ポカンとした顔でこっちを見てきます！
My suggestion would be to test all these parts, A-arms, Pushrods, Toe-links etc. before fitting them to the car for competition.
私の提案は、競争のために車両にそれらを組み付ける前に、Aアーム、プッシュロッド、トーリンクなどといったこれらの部品全てをテストすることです。
Until next time, good luck in your project.
次回までに、あなたのプロジェクトに幸ありますよう。
F1とは言わないまでもフォーミュラマシンが1台欲しいクリストファです。高専に預けて教材にしたり、カウル外してインテリアにしたり、サスペンションを肴に酒を呑んだり、使い道は色々と……
冬になると日差しが恋しいのに夏になると太陽なんか爆散してしまえと思う北陸人、クリストファです。
