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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES
ÉTUDE PRÉLIMINAIRE POUR LA CONCEPTION
D’UNE FORMULE SAE
PROJET APPLIQUÉ DE FIN D’ÉTUDES DANS LE CADRE DU BACCALAURÉAT
EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE/MÉCANIQUE
Présenté par :
Aimé Émard, étudiant en 4ème année, génie mécanique
Francis Marquis, étudiant en 4ème année, génie électromécanique
Superviseur :
Walid Ghie, Ph.D, professeur, ing jr.
3 août 2009
PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Remerciements
Plusieurs personnes clés ont rendus possible la réussite de ce projet. Tout d’abord, notre
professeur attitré Walid Ghie, qui nous a soutenu et guidé du début à la fin. Ensuite, nous
tenons également à remercier monsieur Marin Éné pour ses réflexions toujours pertinentes lors
de l’analyse physique de la voiture. Il ne faudrait pas oublier monsieur Yves Ruel, qui nous a
donné de précieux conseils pour l’analyse économique. Finalement, nous aimerions remercier
l’équipe du Cégep qui nous a donné accès à leur voiture afin que l’on puisse s’en inspirer et à
Alain Marquis de Métal Marquis pour ses soumissions.
Un dernier remerciement va à tous les professeurs et chargés de cours qui, tout au long de notre
cheminement universitaire, nous ont encadrés et ont rendus possible notre réussite.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page ii PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Résumé
Le projet présenté ici a été réalisé dans le cadre du projet appliqué de fin d’étude du
baccalauréat en génie mécanique/électromécanique de l’UQAT. Les étudiants avaient à faire la
conception d’une petite voiture de course, afin de lancer le projet de la formule SAE dans leur
université. La compétition de la Formule SAE (FSAE) est organisée par la « Society of
Automotive Engineers » (Association des ingénieurs automobiles) à chaque année, dans trois
endroits aux États-Unis. Cet évènement vise à permettre aux étudiants d’acquérir des
compétences supplémentaires à celles développées dans le cadre traditionnel de leur formation
universitaire.
Au cours de ce projet, les étudiants ont développé l’étude du châssis et la suspension du
véhicule, toujours en se basant sur des notions d’ingénierie vues dans leurs cours antérieurs.
Une analyse en vibration de la suspension a été réalisée afin de déterminer les meilleurs
réglages en tenant compte des pièces disponibles pour fabriquer celle-ci.
Le livrable est donc des plans de conception de la voiture, lesquels pourront être utilisés par une
autre équipe afin d’optimiser d’autres sous-systèmes, et éventuellement passer à la fabrication
et à la compétition.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page iii PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Abstract
The present project has been realized by two engineering students from UQAT as their final
project in electromechanical/mechanical program. Students had to design a small formula-type
race car, to eventually compete in the Formula SAE competition. The Formula SAE (FSAE)
competition is organized every year by the Society of Automotive Engineers, into three
locations over USA. This event is a way for students to get abilities they could not get in
traditional classrooms.
Throughout the project, students have developed the frame and the suspension of the race car,
always in link with the knowledge they acquired over their engineering studies. A vibration
analysis of the suspension has been realized to determine the best adjustments possible, while
considering the available pieces to build it.
At the end of the project, the team delivered blueprints of the car, that another team will be able
to use to tune other assemblies on the car. Eventually, this project will lead to a built car within
the two years following the end of the project and to an entrance to competition.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page iv PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Table des matières Introduction................................................................................................................................... 1 Chapitre 1 : Étude des besoins et mandat ..................................................................................... 2 1.1 Présentation de l’entreprise ............................................................................................ 2 1.2 Présentation de la compétition FSAE ............................................................................ 3 1.3 Machine à l’étude ........................................................................................................... 3 1.3.1 Aspect général de la voiture ................................................................................... 4 1.3.2 Ouverture de l’habitacle (article 4.1) ...................................................................... 5 1.3.3 Profil de la coupe interne de l’habitacle (article 4.2).............................................. 6 1.3.4 Siege du conducteur (article 4.3) ............................................................................ 6 1.3.5 Plancher (article 4.4) ............................................................................................... 6 1.3.6 Mur coupe feu (article 4.5) ..................................................................................... 6 1.3.7 Accessibilité aux contrôles (article 4.6).................................................................. 7 1.3.8 Visibilité du conducteur (article 4.7) ...................................................................... 7 1.3.9 Sortie du conducteur ............................................................................................... 7 1.4 Étude des besoins et mandat .......................................................................................... 7 1.4.1 Finalité du projet ..................................................................................................... 7 1.4.2 Situation actuelle .................................................................................................... 7 1.4.3 Formulation du mandat ........................................................................................... 8 1.4.4 Contraintes spécifiques ........................................................................................... 8 Chapitre 2 : Cadre théorique et élaboration des hypothèses ......................................................... 9 2.1 Le châssis ....................................................................................................................... 9 2.1.1 Utilité du châssis ..................................................................................................... 9 2.1.2 Type de châssis utilisés ........................................................................................... 9 2.2 La suspension ............................................................................................................... 10 2.2.1 Utilité d’une suspension ....................................................................................... 10 2.2.2 Historique de la suspension .................................................................................. 11 Chapitre 3 : Mise en œuvre du mandat ....................................................................................... 14 3.1 Hypothèses de conception ............................................................................................ 14 3.2 Remue-méninge ........................................................................................................... 14 3.3 Variante #1 : La « facile à fabriquer » ......................................................................... 15 3.4 Variante #2 : La « performante » ................................................................................. 16 3.5 Avantages et inconvénients .......................................................................................... 18 Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page v PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 3.6 Élaboration des attributs............................................................................................... 18 3.7 Matrice de décision ...................................................................................................... 19 3.8 Choix de la variante finale ........................................................................................... 21 Chapitre 4 : Élaboration de la solution choisie ........................................................................... 22 4.1 Conception du châssis de la voiture ............................................................................. 22 4.2 Design géométrique de la suspension avant ................................................................ 26 4.2.1 Théorie .................................................................................................................. 26 4.2.2 Conception de la suspension ................................................................................. 28 4.3 Analyse de la suspension avant .................................................................................... 30 4.3.1 Finalité de l’analyse .............................................................................................. 30 4.3.2 Objectifs visés ....................................................................................................... 31 4.3.3 Analyse structomatique ........................................................................................ 32 4.3.4 Analyse cinétostatique .......................................................................................... 33 4.3.5 Étude de la réponse de l’assemblage ressort-amortisseur..................................... 36 Chapitre 5 : Analyse économique ............................................................................................... 41 5.1 Analyse des coûts pour compétition ............................................................................ 41 5.1.1 Coût des pièces et de la fabrication ...................................................................... 41 5.1.2 Frais associés à la compétition ............................................................................. 44 5.1.3 Coûts totaux pour le projet ................................................................................... 45 5.2 Analyse de rentabilité................................................................................................... 46 5.2.1 Estimation du prix de revient et de vente ............................................................. 46 5.2.2 Analyse de l’investissement initial ....................................................................... 50 Chapitre 6 : Conclusion et recommandations ............................................................................. 52 6.1 Conclusion ................................................................................................................... 52 6.2 Recommandations ........................................................................................................ 54 Bibliographie .............................................................................................................................. 57 Site internet ............................................................................................................................. 57 Livre 58 Annexe 1 : Règlements ............................................................................................................... 59 Annexe 2 : Théorie sur la suspension ......................................................................................... 95 Annexe 3 : Plans d’assemblage général et du châssis .............................................................. 100 Annexe 4 : Plans d’assemblage de la suspension ..................................................................... 106 Annexe 5 : Calcul de la force d’inertie ..................................................................................... 109 Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page vi PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Annexe 6 : Estimation des paramètres K et C .......................................................................... 112 Annexe 7 : Masse équivalente .................................................................................................. 115 Annexe 8 : Programme Matlab ................................................................................................. 118 Annexe 9 : Liste des pièces ...................................................................................................... 126 Annexe 10 : Estimation du temps requis pour l’assemblage .................................................... 133 Annexe 11 : Tableau des flux monétaires................................................................................. 135 Liste des figures
Figure : Formule SAE de l’université de Toronto ........................................................................ 1 Figure 1.1 : Modèle d’automobile typique (Véhicule du MIT) .................................................... 3 Figure 1.2 : Aspect général d’une voiture FSAE .......................................................................... 4 Figure 1.3 : Gabarit pour ouverture de la voiture ......................................................................... 5 Figure 1.4 : Gabarit pour le dégagement des jambes.................................................................... 6 Figure 2.1: Châssis en échelle [2] ................................................................................................. 9 Figure 2.2 : Châssis triangulé ..................................................................................................... 10 Figure 2.3 : Châssis monocoque [3] ........................................................................................... 10 Figure 2.4 : Suspension à essieu solide [5] ................................................................................. 11 Figure 2.5 : Suspension de type Macpherson [5] ....................................................................... 12 Figure 2.6 : Schéma d’une suspension en Double A .................................................................. 13 Figure 2.7 : Suspension en double A .......................................................................................... 13 Figure 3.1 : La variante « facile à fabriquer » ............................................................................ 15 Figure 3.2 : La variante « performante » .................................................................................... 16 Figure 3.3 : Positionnement de l’élément triangulaire de liaison [6] ......................................... 17 Tableau 3.2: Tableau des attributs .............................................................................................. 19 Tableau 3.3 : Matrice de décision ............................................................................................... 20 Figure 4.1 : Missouri 2009.......................................................................................................... 22 Figure 4.2 : Formule RMIT 2009 .............................................................................................. 22 Figure 4.3 : FSAE-QUAT-1 ....................................................................................................... 23 Figure 4.5 : Premier concept de la UQAT1 ................................................................................ 24 Figure 4.6 : Châssis tubulaire FSAE-UQAT .............................................................................. 24 Figure 4.7: Position actuelle droite ............................................................................................. 25 Figure 4.8 : Position inclinée ...................................................................................................... 25 Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page vii PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Figure 4.9 : Schématisation de la vue avant de la suspension .................................................... 26 Figure 4.10 : Hausse du véhicule due à une force latérale ......................................................... 27 Figure 4.11 : Deux des positions possibles des IC ..................................................................... 28 Figure 4.12 : Outil de conception de la suspension .................................................................... 29 Figure 4.13: Suspension arrière position normale ...................................................................... 30 Figure 4.14 : Suspension arrière position haute.......................................................................... 30 Figure 4.15 : Schéma cinématique.............................................................................................. 32 Figure 4.16 : Schéma structomatique ......................................................................................... 33 Figure 4.17: DCL sur l’automobile ............................................................................................ 34 Figure 4.18: DCL du bloc ressort-amortisseur ........................................................................... 36 Figure 4.19 : Système d’axe ....................................................................................................... 37 Figure 4.20 : Réponse du ressort de gauche ............................................................................... 39 Figure 4.21 : Réponse du ressort de droite ................................................................................. 40 Figure 5.1 : TRI en fonction de l’investissement initial ............................................................. 51 Figure 6.1 : Voiture du RMIT, avec barre de torsion ................................................................. 52 Figure 7.1 : Configuration idéale pour le collecteur des gaz d’échappement ............................ 55 Liste des tableaux
Tableau 3.1 : Avantages et inconvénients .................................................................................. 18 Tableau 5.1 : Coût des pièces, 2009 ........................................................................................... 42 Tableau 5.1 : Coût des pièces (suite et fin) ................................................................................. 43 Tableau 5.2 : Achat d’outils, 2009............................................................................................. 44 Tableau 5.3 : Coûts pour aller à la compétition, 2009 ................................................................ 45 Tableau 5.4 : Coûts totaux pour le projet, 2009 ......................................................................... 45 Tableau 5.5 : Gabarits nécessaires .............................................................................................. 47 Tableau 5.6 : Coûts associés au temps d’assemblage ................................................................. 48 Tableau 5.7 : Coût de revient de la voiture ................................................................................. 49 Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page viii PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Introduction
L’école est un bon endroit pour le développement du futur ingénieur. En plus des nombreux
cours que l’étudiant doit suivre pour arriver au terme de son parcours, il existe une multitude
d’opportunités pour acquérir des connaissances complémentaires. Dans plusieurs universités,
ces compétences complémentaires son acquises par le biais de compétitions auxquelles les
étudiants participent.
Dans cette optique, le but de ce projet est de livrer les fondements qui permettront le lancement
d’une équipe de compétition de Formule SAE. En bref, la formule SAE est une compétition de
petites voitures de courses. La figure suivante montre le type de véhicules qui compétitionnent.
Figure : Formule SAE de l’université de Toronto
Le contexte de la compétition est la suivante : les étudiants prennent le rôle de développeurs
industriels qui conçoivent une voiture de course afin de vendre le prototype à un fabricant.
Les étudiants travaillant sur ce projet, à l’été 2009, ont pour objectif de développer le châssis
d’une formule SAE dans l’optique de compétitionner aux États-Unis en mai 2011. De plus, ils
doivent également faire la conception de la suspension et l’analyse complète de celle-ci. La
conception des différents éléments seront bien sûr faits en harmonie avec les différents
principes d’ingénierie vus tout au long de leur cheminement.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 1 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Chapitre 1 : Étude des besoins et mandat
Cette section permet de mettre en place les différents enjeux du projet. Elle permet de
comprendre quel est son intérêt, sa finalité, et le mandat développé par l’équipe.
1.1 Présentation de l’entreprise
Le projet se fait en lien avec un organisme sans but lucratif (OSBL) créé spécialement à cette
fin, la « FSAE-UQAT 1 ». L’organisme comprend actuellement deux membres, qui sont les
instigateurs de ce projet, Francis Marquis et Aimé Émard. Il a été créé en faisant une demande
au registraire des entreprises du Québec. L’intérêt de lancer cette organisation est tout d’abord
de faciliter le lien entre les étudiants derrière le projet et les différentes instances qui leur
viendront en aide, principalement les commanditaires et les médias.
Par la suite, il faut s’intéresser à ce qu’est une telle organisation pour en voir son intérêt. Un
OSBL est une manière pour des gens ayant des intérêts communs de s’assembler. Ce type
d’organisation est considéré comme une personne morale, ce qui veut dire qu’elle peut posséder
des biens et de l’argent. Cependant, cet argent doit servir les buts premiers de l’organisme.
Dans le cas de la FSAE-UQAT, ce but est d’emmener des étudiants à la compétition au mois de
mai 2011.
De l’autre côté, la SAE, la « Society of Automobile Engineers» est l’entreprise qui parraine la
compétition FSAE [1]. Cette entreprise, aujourd’hui d’envergure mondiale, a été lancée au
début du 20ème siècle. Sa mission principale est de transmettre de l’information reliée à divers
domaines, d’abord celui de l’automobile et des véhicules routiers, mais également de l’aviation.
Elle a une politique d’aide au développement des étudiants, dans l’optique de former une relève
dans le domaine de l’automobile. En ce sens, la SAE parraine douze différentes compétitions,
dont celle du mini-baja et de la FSAE.
1
Formule SAE – Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 2 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 1.2 Présentation de la compétition FSAE
La compétition « Formula SAE » (FSAE), parrainée par la « Society of Automotive
Engineers », a été créée en 1978. En résumé, la FSAE est une compétition de petites
automobiles conçues et fabriquées par des étudiants. La figure 1.1 montre un modèle typique de
voiture.
Figure 1.1 : Modèle d’automobile typique (Véhicule du MIT)
Les organisateurs proposent aux groupes d’étudiants la mise en contexte suivante : une grande
entreprise veut faire la mise en marché d’une mini-voiture de course pour les courses amateures
de fin de semaine. Les étudiants doivent développer eux-mêmes une voiture de course, c’est-àdire proposer un concept général et réaliser une étude d’ingénierie des sous-ensembles. Ils
doivent également faire la fabrication et l’assemblage de la plus grande partie possible de la
voiture. Pour faire un retour au contexte, les étudiants doivent tenter de démontrer que leur
produit est meilleur que ceux de leurs compétiteurs. Les aspects jugés sont les suivants :
l’analyse des coûts, le design, le rapport d’ingénierie, la présentation, l’accélération, la tenue de
route, la course sur route, l’économie de carburant et l’endurance.
1.3 Machine à l’étude
La machine à l’étude est la formule SAE elle-même. Les voitures proposées par les quelques
120 équipes compétitrices peuvent être assez différentes. Cependant, des normes de
construction existent, et celles-ci peuvent être vues à l’annexe 1. Ces normes visent d’abord la
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 3 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE sécurité des pilotes. La section suivante présente d’abord l’aspect général d’une voiture typique
avec les spécifications importantes, puis les normes de santé-sécurité les plus importantes2.
1.3.1
Aspect général de la voiture
Pour la compréhension de la suite du rapport, il est important à ce niveau de présenter les
principaux composants de la voiture, ainsi que les règlements de base gérant le design de la
voiture. La figure 1.2 présente l’aspect général d’une formule SAE.
Figure 1.2 : Aspect général d’une voiture FSAE
Pour commencer, voyons les règles générales de design qui donnent une première forme à la
voiture. Premièrement, une formule SAE est une automobile possédant quatre roues qui ne
doivent pas être sur une même ligne. De plus, le cockpit doit être ouvert, et les roues doivent
être extérieures au véhicule (article 2.1). La voiture doit être munie d’une coque possédant le
moins d’ouvertures possible (article 2.2). Aussi, la distance entre les centres des roues avant et
arrière doit être d’au moins 60 pouces (article 2.3). Ensuite, la distance entre les roues avants et
2
Les numéros d’article font référence à l’annexe 1.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 4 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE les roues arrières doivent être similaires ( article 2.4). Finalement, la voiture doit comporter au
moins deux barres de roulement, sur lesquelles la voiture roulera si elle fait du tonneau.
Par la suite, il est intéressant de connaître d’autres règlements que la voiture doit respecter. La
liste n’est pas exhaustive, mais comporte les éléments les plus importants : 1) La voiture doit
comporter une zone avant de déformation pour éviter d’importants dégâts en cas d’accident
(article 3.20). 2) L’automobile doit être munie d’une suspension fonctionnelle (article 6.1.1). 3)
Les roues doivent avoir un diamètre d’au moins 203 mm (article 6.3.1). 4) Le volant doit agir
sur au moins deux roues (article 6.5.1). 5) Un système de frein fonctionnel agissant sur les
quatre roues doit être installé (article 7.1). 6) Le moteur est limité par la cylindrée (610 cc), et
doit être un quatre temps. 7) Il peut être surchargé ou turbocompressé mais ces composants
doivent être construites par les équipes (article 8.7).
Maintenant que les grandes lignes de design ont été vues, il est temps de présenter les éléments
de sécurité, qui sont présentées aux sections 1.3.2 à 1.3.9.
1.3.2
Ouverture de l’habitacle (article 4.1)
Dans le but de vérifier que le pilote possède suffisamment d’espace dans le cockpit, le gabarit
de la figure 1.3 sera utilisé afin de vérifier les dimensions de l’ouverture. Le gabarit sera
maintenu à l’horizontal et inséré verticalement dans l’ouverture de l’habitacle.
Figure 1.3 : Gabarit pour ouverture de la voiture
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 5 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 1.3.3
Profil de la coupe interne de l’habitacle (article 4.2)
Pour vérifier l’espace interne de l’habitacle dans toute sa longueur, le gabarit de la figure 1.4
sera passé horizontalement à travers l’habitacle (de l’arrière vers l’avant). Cela sert à s’assurer
du dégagement des jambes pour le pilote.
Figure 1.4 : Gabarit pour le dégagement des jambes
1.3.4
Siege du conducteur (article 4.3)
Le point le plus bas du siège du conducteur ne peut être sous la surface inférieure du châssis.
De plus, aucun tube de protection latérale ne peut passer sous le point le plus bas du siège.
1.3.5
Plancher (article 4.4)
Tout véhicule doit avoir un plancher, composé d’un ou plusieurs panneau, séparant le
conducteur de la chaussé. Le ou les panneaux doivent couvrir la zone de l’habitacle, des pieds
au mur coupe feu. Le plancher doit protéger contre tous débris provenant de la piste. Le
plancher peut être composé de tout matériel solide non fragile.
1.3.6
Mur coupe feu (article 4.5)
Le véhicule doit être muni d’un mur coupe feu séparant l’habitacle de tous composants servant
à l’alimentation de l’essence, l’huile du moteur ou les systèmes de refroidissement. Le mur
coupe feu doit être composé d’un matériel à l’épreuve du feu et imperméable. Des bagues
isolantes doivent être utilisées afin de laisser passer des câbles, conduits etc. au travers de la
paroi.
Accessibilité aux contrôles (article 4.6)
Tous les contrôles du véhicule, y compris le bras de changement de vitesse, doivent être opérés
de l’intérieur de l’habitacle, sans qu’aucun membre du conducteur ne soit à l’extérieur de la
zone de protection.
1.3.8
Visibilité du conducteur (article 4.7)
Le conducteur doit avoir une visibilité de l’avant et des cotés de la voiture. En position
normalement assis, le pilote doit disposer d’un champ de vision d’au moins 200°.
1.3.9
Sortie du conducteur
Tous les conducteurs doivent être en mesure de sortir aux cotés du véhicule en moins de cinq
(5) secondes. Le temps de sortie débute avec le conducteur, revêtu de son équipement, en
position normalement assis, les mains sur le volant.
1.4 Étude des besoins et mandat
1.4.1
Finalité du projet
Le but de l’organisme FSAE-UQAT est d’emmener une équipe d’étudiants d’ingénierie de
l’UQAT à la compétition FSAE au Michigan à la mi-mai 2011. Ceci est l’objectif ultime. Pour
ce qui est du présent projet, les objectifs seront présentés plus en détail dans la formulation du
mandat.
1.4.2
Situation actuelle
Bien que peu nombreux, certains éléments étaient disponibles au début du projet à la fin avril
2009. Tout d’abord, le moteur, un Honda CBR 600 RR, était disponible afin de pouvoir le
modéliser. Avec lui venait le manuel de l’utilisateur du moteur. Aussi, l’organisme sans but
lucratif nommé FSAE-UQAT avait déjà été mis sur pied. Ensuite, la formule SAE du cégep
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 7 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE était disponible afin d’étudier les différents mécanismes et les différentes pièces présentes sur
une telle voiture. Finalement, certaines pièces ont été trouvées sur Internet déjà modélisées, et
ont été quelque peu adaptées pour satisfaire nos besoins.
1.4.3
Formulation du mandat
Dans le cadre du projet appliqué de fin d’études en ingénierie, le mandat était, dans un premier
temps, de réaliser la conception préliminaire de la voiture dans son entier. Pour ce faire, il faut
choisir les différentes composantes de la voiture et de les modéliser. Une fois les pièces
choisies, une modélisation préliminaire du châssis peut être réalisée; le châssis devient alors
l’élément de base pour le reste du projet.
L’analyse approfondie de la suspension est la deuxième partie du mandat. Il s’agit dès lors
d’entrer dans la phase d’analyse physique afin de trouver une configuration optimale de la
suspension à partir de la modélisation de la voiture détenue à cette étape.
1.4.4
Contraintes spécifiques
Les contraintes s’appliquant à l’ensemble du projet sont celles présentes dans tout projet
d’ingénierie. À chaque instant de la conception, il faudra tenir en compte les contraintes
suivantes : le temps de fabrication, le coût de fabrication, la difficulté de fabrication.
Premièrement, le temps de fabrication, car la date de la compétition viendra rapidement.
Deuxièmement, le coût de fabrication, car l’argent viendra de commanditaires, et sera donc
limitée. Finalement, la difficulté de fabrication, car l’automobile doit être construite par des
étudiants de l’université, et ceux-ci ne sont pas des machinistes ou des soudeurs d’expérience.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 8 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Chapitre 2 : Cadre théorique et élaboration des hypothèses
Ce chapitre permet de mettre en place les éléments essentiels à la compréhension du projet.
Tout d’abord le châssis, puisque c’est la base du projet; Dans un deuxième temps la suspension,
puisqu’elle constitue le cœur du projet. Plus de détails théoriques seront traités au chapitre 4,
mais le lecteur doit être informé de certains aspects avant de continuer sa lecture.
2.1 Le châssis
2.1.1
Utilité du châssis
Le châssis est l’élément qui relie tous les composants de l’automobile entre eux, tout en
assurant une rigidité suffisante pour assurer l’intégrité de tous ces composants. Il faut voir le
châssis comme un corps soumis à différents efforts, provenant des roues et des forces d’inertie
dans le véhicule. Cependant, le châssis doit également être le plus léger possible, afin de limiter
le poids de l’ensemble. Lors du design du châssis, il est donc nécessaire de faire un compromis
entre la masse et la rigidité.
2.1.2
Type de châssis utilisés
Dans l’industrie automobile actuelle, il existe différents types de châssis associés à des
applications spécifiques. Cette section présente les types les plus souvent rencontrés.
Châssis en échelle
Le châssis en échelle est couramment utilisé sur des véhicules routiers destinés à des travaux
lourds, comme les camionnettes. Il a l’avantage d’être résistant à l’effort, mais est généralement
beaucoup plus lourd que d’autres types de construction. La figure 2.1 montre un exemple.
Figure 2.1: Châssis en échelle [2]
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 9 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Châssis triangulé
Le châssis triangulé est le modèle le plus utilisé dans le cadre de la formule SAE. Il se compose
de plusieurs tiges installées de façon à répartir le mieux possible les efforts provenant de la
course. De plus, les différents éléments de la voiture viennent se fixer facilement à la structure,
du aux nombreux points d’attache possibles. La figure 2.2 montre le modèle du MIT.
Figure 2.2 : Châssis triangulé
Châssis monocoque
Un châssis monocoque est une structure qui sert à la fois de carrosserie et de châssis. Autrement
dit, la carrosserie du véhicule est un élément structurel en soi. Généralement, les automobiles de
série possèdent une structure monocoque [3]. La figure 2.3 permet de voir une telle voiture.
Figure 2.3 : Châssis monocoque [3]
Bien que certaines équipes conçoivent des voitures de formule SAE avec un châssis
monocoque, le châssis triangulé est le choix le plus courant. C’est celui qui offre le plus
d’avantage pour un coût de fabrication raisonnable. Ce sera également notre choix.
2.2 La suspension
2.2.1
Utilité d’une suspension
De façon générale, on peut décrire la suspension comme un mécanisme d’isolation des
mouvements entre la masse suspendue (l’automobile) et la masse non-suspendue (les roues et
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 10 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE les freins) [4]. Ce mécanisme est essentiel, étant donné les aspérités de la route. Sans
suspension, les éléments composants la voiture recevraient des chocs répétés, ce qui entraînerait
la rupture prématurée des matériaux. Il en va de même du conducteur qui ressentirait des
malaises reliés aux chocs répétés. La suspension a également le rôle de limiter le plus possible
les pertes de contact entre les pneus et la route. Ceci a pour effet de diminuer les pertes de
contrôle du véhicule.
Une suspension se compose principalement de trois éléments : les bras, qui relient la roue au
reste du véhicule; un amortisseur, qui a pour rôle de dissiper de l’énergie; un ressort, qui a pour
rôle de ramener l’automobile à une position d’équilibre.
2.2.2
Historique de la suspension
Pour mieux comprendre les suspensions actuelles, il est intéressant de voir le cheminement
qu’ont suivi les ingénieurs avant d’en venir aux suspensions modernes. [5].
La suspension à essieu rigide
La suspension à essieu rigide fut la première à être produite à grande échelle. La figure 2.4
montre une schématisation de celle-ci.
Figure 2.4 : Suspension à essieu solide [5]
Les roues sont ici attachées aux deux extrémités d’un essieu rigide. Ce type de suspension avait
certains avantages : principalement, il était très simple et robuste. Cependant, la grande masse
et les dimensions de celui-ci causaient problèmes. Aussi, les mouvements d’une roue
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 11 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE entrainaient automatiquement des mouvements à l’autre roue, ce qui n’est pas toujours
souhaitable. Ce modèle présentait trop de désavantages et a donc été remplacé depuis.
La suspension McPherson
Après le développement de la suspension à essieu rigide, les ingénieurs ont tenté de concevoir
une suspension qui serait indépendante, c’est-à-dire que les mouvements d’une roue
n’entraînent pas des mouvements non voulus au niveau de l’autre roue. Après quelques essais,
ils conçurent la suspension McPherson, qui fut mise sur une automobile de série pour la
première fois en 1950. La figure 2.5 montre une schématisation de cet assemblage.
Figure 2.5 : Suspension de type MacPherson [5]
De nos jours, la plupart des automobiles de série sont dotés de ce type de suspension.
Cependant, cette configuration est incompatible à certains aspects de la haute performance
automobile, ce qui la rend peu utilisée sur les automobiles de course.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 12 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE La suspension en Double-A à bras inégaux
Le dernier type de suspension vu ici est celui qui est le plus utilisé sur les voitures de course
modernes. C’est la suspension en Double-A à bras inégaux. La figure 2.6 montre les différents
éléments composants ce type de suspension.
Figure 2.6 : Schéma d’une suspension en Double A
Ce type de suspension est tout d’abord composé de deux bras en forme de A, d’où l’appellation.
Sur la figure 2.6 l’effort des roues est transmis au système ressort-amortisseur grâce à des bras
de transmission de l’effort et redirigé grâce à des éléments triangulaires de liaison. L’effort sur
les roues peut également être transmis directement à un système ressort-amortisseur placé entre
la roue et le châssis, comme sur la figure 2.7. C’est le type de suspension qui permet le plus
d’ajustement au niveau de la configuration, laissant aux designers des possibilités infinies au
niveau de la recherche de performance. Pour plus de compréhension, la figure suivante montre
une image
Figure 2.7 : Suspension en double A
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 13 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Chapitre 3 : Mise en œuvre du mandat
3.1
Hypothèses de conception Avant de passer à la première étape de la mise en œuvre du mandat, c’est-à-dire le remueméninge sur la suspension, beaucoup de travail avait été réalisé au niveau du châssis. Voici les
grandes hypothèses de conception qui ont été utilisées pour la conception de celui-ci.
•
Le châssis est triangulé;
•
Modélisation de l’habitacle (cockpit) en fonction d’un individu moyen (95 percentile
mâle );
•
Modélisation de l’habitacle pour être sécuritaire: tiges d’acier dépassant le niveau des
épaules et beaucoup d’espace pour les pieds;
•
La voie a été fixée à 1220 mm (48 po);
•
Moteur choisi pour sa disponibilité (Honda CBR 600 RR).
3.2
Remue-méninge
L’étape suivante a été le remue-méninge. Celui-ci a été réalisé lorsque les grandes lignes de la
carrosserie avaient été décidées et modélisées. Les trois grands blocs sur lesquels le remueméninge a porté sont les suivants : 1) l’assemblage de la roue; 2) le design des bras de
suspension ; 3) la position de l’assemblage ressort-amortisseur.
De ce remue-méninge, deux solutions différentes ont été élaborées. Le terme de « variante »
serait plus approprié, puisque c’est surtout la géométrie qui varie entre les deux solutions. Ces
deux variantes seront par la suite analysées afin de choisir la meilleure. Cela permettra aussi de
mettre en évidence les forces et les faiblesses de chacune des solutions.
Seulement deux variantes ont été élaborées dans le cadre du projet. Cela s’explique tout d’abord
par le fait qu’il existe peu de possibilités différentes pour la configuration de la suspension. La
deuxième variante a été élaborée afin de comparer une variante théorique avec une autre moins
optimale.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 14 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 3.3
Variante #1 : La « facile à fabriquer »
La première variante a été réalisée en jumelant les éléments du remue-méninge qui vont
faciliter la fabrication de la suspension. En se référant aux blocs vus dans l’introduction du
chapitre, la variante #1 se compose des éléments suivants : 1) frein à disque situé entre la
voiture et le pivot ouvrier (knuckle) 2) bras de suspension installés sur des points d’attache
permettant une fabrication facile mais peu optimale; 3) assemblage ressort-amortisseur (et
l’élément de liaison triangulaire) positionné à la verticale dans le véhicule.
La figure 3.1 vient en appui afin d’illustrer les différents éléments choisis pour cette solution.
Figure 3.1 : La variante « facile à fabriquer »
Cette variante est « facile à fabriquer » pour plusieurs raisons. Tout d’abord, l’élément
triangulaire de liaison travaille dans le même plan que l’élément de transmission des efforts.
Ensuite, les bras de suspension sont positionnés sur le châssis à des endroits qui ne requière de
celui-ci que d’avoir des lignes droites. Autrement dit, les bras ne sont pas conçus pour être
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 15 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE performants, mais pour être faciles à installer. Finalement, en mettant le frein à disque à entre la
voiture et le pivot ouvrier il y a plus de place à l’intérieur de la roue.
3.4
Variante #2 : La « performante »
La deuxième variante est celle où la facilité de fabrication est un peu sacrifiée pour se
concentrer sur la performance de la voiture. Ainsi, en se référençant aux trois éléments de base
du remue-méninge, la solution #2 se compose des éléments suivants : 1) frein à l’intérieur de la
roue; 2) bras de suspension conçus afin d’obtenir un comportement de suspension optimal; 3)
assemblage ressort-amortisseur positionné à l’horizontal sur l’axe longitudinal de la voiture.
La figure 3.2 présente cette variante afin de bien comprendre en quoi elle consiste.
Figure 3.2 : La variante « performante »
Cette variable est dite performante car c’est la performance qui l’emporte par-dessus la facilité
de fabrication. Ainsi, les bras de suspension sont conçus de façon à permettre un meilleur
comportement possible de la voiture, quitte à devoir ajuster les lignes de la carrosserie et de
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 16 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE complexifier celle-ci. De plus, les freins sont à l’intérieur de la roue afin de permettre plus de
souplesse dans la conception des bras de suspension. Finalement, l’élément triangulaire de
liaison est positionné dans un plan qui lui donnera une plus grande versatilité, même si cela
implique la nécessité de plusieurs plans de travail. D’ailleurs, la figure 3.3 présente le
positionnement de l’élément triangulaire de liaison, cette voiture ayant adoptée une
configuration semblable à la nôtre.
Figure 3.3 : Positionnement de l’élément triangulaire de liaison [6]
La différence entre les deux variantes se situe donc au niveau de la philosophie de conception.
La première variante est conçue de telle sorte qu’elle soit facile à fabriquer. Dans l’autre cas,
cette facilité de fabrication est un peu mise de côté afin d’obtenir un véhicule performant.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 17 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 3.5
Avantages et inconvénients
Afin de faire une première analyse des deux variantes de solution, un tableau comparatif des
avantages et des inconvénients est dressé ci-dessous.
Tableau 3.1 : Avantages et inconvénients
Solution
La « facile à fabriquer »
Avantage
• Pièces plus simples
• Demande moins de
connaissances et de
technique pour la fabriquer
• Moins de temps requis pour
la fabrication
• Moins de matériel dans la
roue
La « performante »
•
•
•
•
3.6
Pièces plus compliquées
Meilleur comportement sur
route donc :
Plus sécuritaire et :
Meilleurs résultats à la
compétition
Inconvénient
• Moins performante donc ,
• Moins sécuritaire
• Moins bons résultats à la
compétition
• Moins d’espace pour le frein
à disque donc ,
• Freinage moins puissant
• Pivot fusé (knuckle) plus
complexe
• Plus difficile à fabriquer,
donc perte de temps et
d’argent possibles
• Demande plus de temps
pour faire un design optimal
• L’étrier a un plus grand
impact sur la géométrie de
l’assemblage de la roue
Élaboration des attributs
Afin de faire une meilleure comparaison des deux variantes élaborées, il faudra les passer dans
une matrice de décision. Mais avant, il faut trouver les attributs qui seront évalués dans cette
matrice. Le tableau 3.2 présente la liste des différents attributs, avec leurs objectifs respectifs.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 18 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Tableau 3.2: Tableau des attributs
Attribut
Variation de la
position en y du
IC [Milliken (7)]
Changement
de
carrossage
[Annexe
suspension (2)]
Angle du pivot
fusé
(Kinpin
angle)
Déport de l’axe du
pivot
fusée
(Kinpin
offset)
[Annexe
(2)]
Objectif
0
10 %
Le « Instant Center » doit
être le plus stable possible
Varie
beaucoup
15 %
Il doit y avoir un gain en
carrossage négatif lorsque
la roue monte
Gain
en
carrossage
positif
5%
Doit être réduit
5%
1
2
3
Varie peu
----------
Aucun gain
en
carrossage
Gain
en
carrossage
négatif
---------
>8 degrés
[4;8 ]
degrés
[0 ; 4]
degrés
----------
Doit être faible
> 20 mm
[10 ; 20]
mm
> 10 mm
----------
15 %
Doit être facile
Complexe
Æ
Æ
Facile
10 %
Doit être court
Long
Æ
Æ
Court
15 %
Doit être minimal
Élevé
Æ
Æ
Faible
15 %
Doit être maximale
Petit disque
Æ
Æ
10 %
Il devrait y avoir la
possibilité d’un tel ajout
Impossible
Possible
mais
difficile
Possible et
facile
Grand
disque
----------
Æ
susp
Facilité
de
fabrication
Temps
de
fabrication
Coût
de
fabrication
Puissance
du
freinage
Possibilité d’ajout
d’un élément de
liaison
entre
l’amortisseur de
droite
et
de
gauche
Note : L’utilisation du symbole Æ signifie une gradation entre deux extremums. Par exemple,
au niveau de la facilité de fabrication « Complexe » vaut 0 point, « Facile » vaut 3 points, et on
fait une interpolation entre ces deux extremums.
3.7
Matrice de décision
Maintenant que les attributs ont été déterminés, il ne reste qu’à les appliquer dans la matrice de
décision (tableau 3.3) afin de déterminer la variante qui est la meilleure.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 19 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Tableau 3.3 : Matrice de décision
Attribut
Variation de la position
en y du IC [Milliken (7)]
Changement
de
carrossage
[Annexe
suspension (2)]
Angle du pivot fusée
(Kinpin angle)
Déport de l’axe du
pivot fusé (Kinpin
offset) [Annexe susp
(2)]
Facilité de fabrication
Temps de fabrication
Coût de fabrication
Puissance du freinage
Possibilité d’ajout d’un
élément de liaison
entre l’amortisseur de
droite et de gauche
TOTAL
%
15 %
Variante # 1
0/2
Variante #2
2/2
15 %
0
2/2
5%
2/2
1/2
5%
2/2
1/2
10 %
10 %
10 %
15 %
15 %
3/3
3/3
3/3
2/3
0
2/3
2/3
2/3
3/3
2/2
50 %
85 %
Il faut également prendre le temps d’analyser les résultats de cette matrice. Cette analyse sera
faite sous forme de liste.
•
Avec une solution facile à fabriquer, le premier résultat sera le comportement non
prévisible des centres instantanés de rotation (IC). Ce comportement erratique aura une
influence directe sur le comportement de la voiture, qui sera plus difficile à conduire.
Avec la variante « performante », le déplacement des « centres instantanés» [annexe 2]
sera étudié et amélioré jusqu’à ce que ceux-ci se déplacent peu.
•
Avec une solution « facile à fabriquer », le changement de carrossage de la roue se fera
de façon incontrôlée. Avec certaines configurations, le gain en carrossage sera opposé à
celui voulu (gain en carrossage positif où il devrait y avoir un gain en carrossage négatif
ou le contraire – [annexe 2] ). Dans la variante « performante », ce changement sera
analysé et amélioré jusqu’à ce que la roue ait le comportement souhaité.
•
Si le frein est situé entre la voiture et le pivot ouvrier (knuckle), ce dernier peut être
situé plus près de l’axe central de la roue. C’est le cas dans la version « facile à
fabriquer ». Ainsi, l’angle dans le pivot fusé (kinpin angle) peut être plus faible pour
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 20 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE obtenir le même déport de l’axe du pivot fusé (kinpin offset). C’est un avantage par
rapport au cas où le frein est situé entre le pivot ouvrier (knuckle) et la roue, car l’angle
dans le pivot ouvrier (knuckle) doit être réduit au maximum.
•
Dans le même ordre d’idée que précédemment, si le frein est entre la roue et la voiture,
le contrôle du déport de pivot fusé (kinpin offset) se fait plus facilement. C’est un
avantage de la variante « facile à fabriquer ».
•
La variante « facile à fabriquer » gagne évidemment plus de points au niveau de l’aspect
fabrication (facilité, temps et coûts de fabrication). C’est le cas puisqu’elle est pensée de
telle sorte à ce qu’il en soit ainsi.
•
La variante « facile à fabriquer » perd des points au niveau de la puissance de freinage.
En effet, à cause de la localisation de son disque de frein, celui-ci doit être plus petit
pour laisser assez d’espace aux bras de suspension de monter et descendre sans
interférence.
•
Finalement, si les freins sont positionnés à l’horizontal dans l’axe du véhicule, il est
facile d’ajouter un élément de liaison entre les deux côtés de la suspension. Cet ajout est
présent sur plusieurs voitures FSAE en compétition. Cependant, après longue réflexion,
aucune solution n’a été trouvée pour faire l’équivalent sur des amortisseurs positionnés
à la verticale.
3.8
Choix de la variante finale
Le choix de la variante à utiliser pour la suspension de la voiture s’est fait en concordance avec
le résultat renvoyé par la matrice de décision. Ainsi, c’est la variante #2, la « performante », qui
a été choisie. C’est celle-ci qui offrait le plus d’avantages sur plusieurs niveaux. En effet, dans
la matrice de décision, la variante « performante » est presque toujours en avance sur la « facile
à fabriquer », sauf au niveau des critères en lien avec la fabrication. La grande différence du
pointage entre les deux variantes démontre qu’il y a tout intérêt à aller vers une suspension qui
est conçue à partir de critères d’ingénierie.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 21 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Chapitre 4 : Élaboration de la solution choisie
4.1 Conception du châssis de la voiture
4.1.1
Généralités de conception
Étant donné la complexité et le volume impressionnant de travail que nécessite la conception
d'une voiture de course, plusieurs choix se sont imposés d'eux mêmes. En autre, l'utilisation de
nombreuses ressources internet concernant la conception et la fabrication d'une FSAE. Il a
également été convenu d'utiliser comme base de travail certains modèles de FSAE fabriqués
par d'autres universités. Notamment, la voiture 2009 de l'université du Missouri (gagnante de
nombreux prix) et celle du RMIT en Australie (spectaculaire monocoque), présentées ici-bas.
Figure 4.2 : Formule RMIT 2009
Figure 4.1 : Missouri 2009
Ces modèles performants permettaient de faire des choix judicieux et de gagner du temps sur la
conception de mécanismes ne faisant pas parti du mandat principal (la suspension). De plus, ils
furent utilisés comme source d’inspiration lors des nombreuses séances de mise à l'essai de la
théorie. La voiture FSAE 1995 de l'ETS, appartenant au CEGEP, a, quant-à-elle, servi à
visualiser l'ensemble des pièces et de mettre en évidence certains aspects important d'un bon
design. Par exemple: la sécurité du pilote au niveau du dégagement des pieds à l'intérieur du
châssis.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 22 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Enfin, dans l'objectif de réduire le volume de ce rapport, les détails de conception concernant la
suspension arrière ont été omis. Cependant, la totalité de la théorie concernant la suspension
avant est applicable. Les différences résident au niveau des moyeux (voir dessins en annexe 3),
de la géométrie des bras de suspension et du type d'attaches.
4.1.2
Présentation du modèle solide UQAT-1
Figure 4.3 : FSAE-QUAT-1
La figure ci-haut présente le résultat final du projet. Cette solution, élaborée à partir de la
variante performante, est constitué d'un châssis tubulaire triangulé, d'un assemblage différentiel
attaché au moteur, d'un différentiel à couple ajustable, d'une suspension avant et arrière de type
double A indépendante aux 4 roues, d'amortisseurs actionnés par tige et tringlerie, d'une tige de
torsion sur la suspension arrière, de deux freins à disque à l'avant et un à l'arrière fixé sur
l'assemblage différentiel. Les plans détaillés du véhicule peuvent être consultés à l'annexe 3. Un
résumé technique est aussi disponible au début de cette annexe.
Conception du châssis de la voiture
Le châssis est l'élément ayant le plus d'impact sur la modélisation d'une voiture puisqu'il relie et
englobe toutes les autres parties: le moteur, l'habitacle, la suspension, la direction, etc.). Il est
donc une des toutes premières parties à être modélisée. La modélisation du châssis permettra le
développement des autres sections de la voiture, dont la suspension. Voici à quoi ressemblait
notre FSAE lors de la première semaine du projet.
Figure 4.5 : Premier concept de la UQAT1
Ce premier modèle a permis d'approximer certaines valeurs indispensables au développement
du design de la suspension. Notamment, l'espace utile pour l'habitacle, le volume occupé par le
groupe moteur, l'empattement, la voie avant et arrière et le dégagement entre le sol et la voiture.
Il est à noter que le mannequin utilisé se conforme aux règlements de la FSAE (annexe 1). La
figure suivante montre le châssis dans sa version finale.
Figure 4.6 : Châssis tubulaire FSAE-UQAT
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 24 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Quelques points sont à soulignés. Premièrement, l'habitacle a été conçu de façon à permettre
une sortie rapide du pilote, sans toutefois diminuer la sécurité de celui-ci. En effet, les tiges de
protection supérieures sont au niveau des épaules. Deuxièmement, la rigidité des parois
latérales est renforcée par le décalage extérieur des tubes de protection à cet endroit. La section
avant offre suffisamment d'espace pour ne pas gêner les mouvements du pilote durant la
conduite (problème majeur sur certains modèles de voiture étudiés). Troisièmement, un cadre
en profilé carré "HSS" (hollow structural steel) est présent à l'avant du châssis. Cet assemblage
ajoute de la rigidité en torsion et créer un plan d'ancrage idéal pour la section de sécurité avant
(crash zone). Les points d'attache du moteur et les tubes qui les soutiennent ont été conçus afin
de permettre l’insertion du moteur par le dessous de la structure. Ainsi, des tubes amovibles et
des connections machinées ne sont pas nécessaires. Enfin, les nacelles latérales (side pods)
servent de support pour le réservoir à essence et au radiateur. De plus, ils diminuent augmentent
la rigidité du châssis sur l'axe longitudinal.
Une dernière note doit être apportée concernant la géométrie de la structure (cette note sera
résumée dans les recommandations): la position du conducteur a été déterminée au début du
projet. Elle devait permettre à un conducteur d'être dans une position proche de celle retrouvée
dans les voitures commerciales. Cependant, après de nombreuses manipulations du modèle
informatique, il est devenu évident qu'une position plus inclinée, presque couchée, est
nettement avantageuse. En effet, les barres de roulements seront moins hautes, ce qui abaissera
l'ensemble de la structure de la cabine de pilotage et par le fait même le centre de gravité. La
longueur de la voiture ne variera que très peu. Ce phénomène est illustré sur les figures 4.7 et
4.8.
Figure 4.8 : Position inclinée
Figure 4.7: Position actuelle droite
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 25 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 4.2 Design géométrique de la suspension avant
4.2.1
Théorie
Avant d’entrer dans le vif du sujet, il est requis à cette étape de faire l’élaboration des différents
concepts ayant trait à la géométrie de la suspension. Le figure 4.9 montre une vue avant du
véhicule telle qu’élaboré dans le livre « Race car vehicle dynamics » [7].
Figure 4.9 : Schématisation de la vue avant de la suspension
Voyons maintenant les différentes informations que contient cette figure. Tout d’abord, les
centres instantanés de rotation des roues sont identifiés avec « IC ». Ces points sont déterminés
en prolongeant les deux bras de suspension et en identifiant le point de rencontre des deux
droites. C’est autour de ce point (imaginaire) que la roue tourne autour du châssis. On
comprend que le point IC bouge en fonction du déplacement des bras de suspension.
Deuxièmement, le point « RC » est le centre de roulis de la voiture au complet ( rolling center )
par rapport au sol. Il est déterminé par la construction géométrique suivante : On fait passer une
droite entre IC et le point de contact de la roue. Cette opération est réalisée pour les deux côtés
de la voiture, et le point d’intersection des deux droites est le point RC.
Lorsque la voiture est dans un virage, une force d’inertie est appliquée au centre de masse.
Cette force d’inertie génère un moment de roulis tentant de renverser la voiture. Le bras de
levier de ce moment est la distance h_rc présentée sur la figure précédente. On comprend que
plus cette distance est grande, plus le moment de renversement est grand. Ce critère suggérerait
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 26 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE donc que le centre de roulis devrait être au même endroit que le centre de masse. Cependant, un
moment de renversement du véhicule est engendré par un autre phénomène : le déplacement de
la force d’inertie au niveau du centre de rotation multiplié par la distance entre celui-ci et le sol
donne le moment de renversement de non-roulis ( « non-rolling overturning moment » ). Ce
deuxième critère suggère donc que le centre de rotation devrait être au niveau du sol. Il s’agit
donc de tenter de trouver le meilleur compromis.
Pour garder la voiture sur une trajectoire désirée, la force d’inertie doit être compensée par des
forces de frottement au niveau des roues. Ces forces de frottement génèrent un moment autour
des centres instantanés de rotation. La figure 4.10 présente ce phénomène.
Figure 4.10 : Hausse du véhicule due à une force latérale
Tout dépendant de plusieurs facteurs, ces moments générés feront lever ou descendre la voiture.
L’emplacement des IC est donc important (à l’intérieur ou à l’extérieur de la voiture, au-dessus
ou au-dessous du niveau du sol).
En résumé, les deux critères importants au niveau de la conception de la vue avant de la
suspension sont la position des points instantanés de rotation des roues et du point de roulis du
véhicule. Mais quelle configuration choisir? Pour ce qui est du RC, la littérature suggère [7] de
le placer au niveau du sol (légèrement en haut ou en bas), afin de limiter le bras de levier entre
celui-ci et le centre de gravité tout en limitant le moment de renversement de non-roulis. Pour
les IC, les quatre configurations suivantes sont possibles : intérieur ou extérieur du véhicule, audessus ou au-dessous du niveau du sol. Si le IC est positionné du côté extérieur du véhicule,
cela entraînera un gain en carrossage positif lorsque la suspension sera écrasée, ce qui n’est pas
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 27 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE souhaitable. Les deux autres possibilités, c’est-à-dire les deux configurations où les IC sont
situés à l’intérieur du véhicule, sont présentées sur la figure 4.11.
Figure 4.11 : Deux des positions possibles des IC
Cette image a été prise lors d’un virage à la gauche de la feuille. Pour contrer le roulis dû à la
force d’inertie durant ce virage, il est alors préférable de mettre les IC au-dessus du sol. De
plus, pour limiter l’importance de la hausse et de la baisse du véhicule, le déplacement des IC
devra être le plus faible possible, limitant ainsi la course du bras de levier.
4.2.2
Conception de la suspension
Pour en arriver à une géométrie adéquate, c’est-à-dire respectant les critères précédemment
mentionnés, il a été nécessaire de créer un outil3 de conception. Rappelons qu’à cette étape, les
grandes lignes du châssis avaient été conçues. En utilisant un plan de travail, dans Solidworks,
il a été possible de créer un outil dynamique permettant de faire des modifications aux
grandeurs des bras de suspension, de même qu’à leurs points d’attaches. En imposant un angle
au plan de travail, nous obtenons un contrôle sur la chasse (caster) appliquée à la roue. La
figure 4.12 montre l’outil en question.
3
Cet outil utilise les fonctionnalités de SolidWorks
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 28 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Figure 4.12 : Outil de conception de la suspension
Cet outil de conception permet aussi de déterminer les différents points d’intérêt de la
suspension, qui sont les suivants: 1) Les points d’attache des bras de suspension sur le châssis;
2) Les points d’attache de ceux-ci sur le pivot ouvrier (knuckle); 3) La longueur de ces bras; 4)
La position d’attache de l’élément triangulaire de liaison et les dimensions approximatives de
celui-ci; 5) Le point d’attache de l’assemblage ressort-amortisseur. Le résultat peut être vu à
l’annexe 4.
De plus, grâce à cette gestion d'esquisse/contraintes on peut gérer le positionnement des roues
et de la suspension. Ainsi, il est possible de simuler, pour toutes les pièces de la suspension,
l'amplitude de mouvement produit par une bosse ou un trou. Pour illustrer ce propos, les figures
4.13 et 4.14 montrent la suspension arrière au repos et lorsque comprimée au maximum. Ceci
représente un déplacement de la roue d’environ 5 centimètres. Lorsque comprimée au
maximum, le dégagement sous la voiture est d’environ 3 cm. Un bon indice du changement de
position de la roue: observez l'inclinaison de la roue, le "camber", qui augmente d'environ 3
degrés à la course maximale.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 29 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Figure 4.13: Suspension arrière position normale
Figure 4.14 : Suspension arrière position haute
4.3 Analyse de la suspension avant
4.3.1
Finalité de l’analyse
À ce moment du design, la position approximative de tous les points de la suspension avant 4est
connue. Cependant, pour avoir une suspension performante, il est requis à cette étape de
concevoir un outil d’analyse de la suspension avant, qui servira également pour la suspension
arrière. La finalité de cette analyse est de déterminer les caractéristiques de l’amortisseur et le
type de ressort à utiliser. Celle-ci se fera par l’analyse temporelle de la réponse du système
ressort-amortisseur à une entrée donnée. Les concepts d’analyse des vibrations et de dynamique
des mécanismes complexes seront mis dans l’arène de la simulation.
4
La suspension avant du véhicule est celle s’attachant aux roues à l’avant du véhicule
Objectifs visés
Maintenant que la méthode d’analyse a été discutée, il est temps de passer aux comportements
de la voiture qui sont visés. Premièrement, la fréquence non-amortie de l’automobile devrait
être autour de 1,5 à 2 Hz [8]. Cela représente la fréquence du ressort si on enlevait
l’amortisseur. Cette fréquence s’exprime par la relation 4.1 .
Où
É . 4.1
est la masse équivalente (kg)
est la fréquence angulaire ( rad/s)
est la constante du ressort (N/m)
Aussi, les ressorts devront également posséder un gradient de roulis autour de 1,5 deg/g [7].
Cela signifie que pour une accélération de 9,81 m/s² latérale, le châssis devra s’incliner
d’environ 1,5 degrés.
Ensuite, le coefficient d’amortissement, noté
devra se situer autour de 0,7. [9]. Celui-ci se
calcule avec l’équation 4.2.
É . 4.2
2
Où est la constante de l’amortisseur ( N/m/s)
est la masse équivalente (kg)
est la constante du ressort (N/m)
est le coefficient d’amortissement (sans unités)
Finalement, lorsque la voiture sera soumise à la force d’inertie maximale estimée, la suspension
ne devra pas s’écraser totalement. C’est-à-dire que les forces sur l’assemblage ressortamortisseur ne doivent pas emmener le piston à excéder sa course permise.
Analyse structomatique
L’analyse de la suspension grâce aux notions vues en dynamique des mécanismes complexes
(DMC) [10] a pour but de comprendre la composition élémentaire du mécanisme. De plus, ces
notions permettront de faire une analyse de position, vitesse et accélération des bras de la
suspension. Finalement, cette analyse permettra d’analyser la transmission des efforts entre les
roues et le reste du mécanisme.
Pour commencer l’analyse, il faut d’abord commencer avec le mécanisme lui-même, présenté à
la figure 4.15. Cette figure s’appelle le schéma cinématique du véhicule. Sur celui-ci, chacune
des membrures est identifiée à l’aide d’un chiffre, et les liaisons sont identifiées à l’aide d’une
lettre.
Figure 4.15 : Schéma cinématique
Ici, l’élément considéré comme fixe est le châssis. Bien que dans la réalité la roue est l’élément
faisant contact avec le sol, la nature complexe du lien entre le pneu et la route compliquerait
beaucoup l’analyse. Au lieu d’analyser le mouvement du châssis par rapport au sol, l’analyse se
faite en regardant le mouvement des roues par rapport au châssis. À partir du schéma
cinématique, il est possible d’appliquer l’analyse structomatique, d’où découle le schéma du
même nom, présenté à la figure 4.16. Ce modèle est une version idéalisée du mécanisme, qui
permet de le décomposer en éléments plus simples.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 32 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Figure 4.16 : Schéma structomatique
Ce schéma permet de trouver de quels structomats est composé le mécanisme. Un structomat
est un mécanisme de base permettant de construire des mécanismes plus complexes, lorsque
plusieurs sont assemblés ensemble. Dans le cas de notre suspension, les éléments 5,6 et 7
forment une mododyade, et les éléments 1,2, 3 et 4 forment deux dyades. Le code génétique du
mécanisme est donc le suivant :
0
5,6,7
3,4
1,2
É . 4.3
Maintenant que le mécanisme a été divisé en éléments plus simples, il est possible, grâce à un
script matlab, d’analyser la position, vitesse accélération du mécanisme. Dans le cas de cette
analyse, c’est surtout la position qui sera intéressante, comme nous le verrons à la section
suivante.
4.3.4
Analyse cinétostatique
À l’étape précédente, le programme matlab nous a renvoyé la position des différents points
d’intérêt du mécanisme. Il est maintenant temps d’analyser les forces en jeu. La finalité est de
savoir quel sera le mouvement du châssis en fonction d’une entrée particulière, comme par
exemple l’entrée dans un virage. Voici les différentes étapes pour y arriver :
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 33 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 1) Calculer, à l’aide d’équations de dynamique, les forces aux roues ( force normale et
force de friction ).
2) Déterminer, à l’aide des scripts de DMC, la force transférée dans chacune des
membrures de la triade. La force qui nous intéresse est celle qui est transférée à
l’assemblage ressort-amortisseur.
3) Déterminer la réponse temporelle de l’assemblage ressort-amortisseur en fonction de
cette force transmise.
4) De cette réponse temporelle, déterminer le déplacement de la roue.
5) Recommencer pour l’autre côté du véhicule.
Premièrement, le calcul de la force aux roues se fait grâce à des équations de dynamique. La
figure 4.17 permet de voir les forces en jeu lors d’un virage.
Figure 4.17: DCL sur l’automobile
Les cinq équations suivantes permettent de déterminer les forces en jeu.
É 4.4
où : m est la masse (kg)
V est la vitesse de la voiture (m/s)
R est le rayon de courbure de la trajectoire (m)
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 34 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE / à
0
_
0
É 4.5
0
É 4.6
_
_
É 4.7
_
Où m est la masse (kg)
g est la constante de gravité (m/s²)
Puisque les informations sur les caractéristiques d’adhésion des pneus sont des données qu’il
faut payer pour obtenir, il est nécessaire d’utiliser d’autres avenues pour trouver la cinquième
équation que la trop célèbre
. Au lieu de celle-ci, c’est plutôt l’équation
4.8 qui sera utilisée.
_
_
_
_
0 É 4.8
Cette équation est plus pratique, puisqu’elle nécessite de connaître la force d’inertie maximale
appliquée au véhicule, au lieu de connaître les caractéristiques des pneus. L’information sur la
force d’inertie maximale peut être approximée en regardant les vitesses maximales des autres
FSAE sur un parcours en forme de 8 (skidpad) [Annexe 5].
À partir de ces cinq équations, il est possible de résoudre ce système matriciel de cinq
équations, cinq inconnues du type A*X = B. On extrait cependant la première équation du
système, celle décrivant la force d’inertie, sans quoi le système devient non-linéaire. Le
système matriciel 4.9 présente le système d’équation discuté, où la notation utilisée est celle
vue en DMC. Par exemple, RC(1) signifie la position en x du point RC par rapport au
référentiel, alors que RC(2) signifie la position en y.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 35 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 1
1
1
1
2
2
2
0
0
1
1
1 1 0 0
0 2
0 1 1
1
2
2 É 4.9
0
Connaissant maintenant les forces en jeu au niveau des roues, il est nécessaire d’utiliser les
routines Matlab développées dans le cours de DMC afin de ramener ces forces au niveau de
l’assemblage ressort-amortisseur.
4.3.5
Étude de la réponse de l’assemblage ressort-amortisseur Pour faire l’analyse en vibration du bloc « ressort-amortisseur », il faut d’abord commencer par
faire le DCL de cette section. Celui-ci est présenté à la figure 4.18.
Figure 4.18: DCL du bloc ressort-amortisseur
À ce moment, la force provenant des roues est connue, de l’étape précédente. Cependant, la
valeur des paramètres « k », la constante du ressort, et « b », la constante de l’amortisseur, ne
sont pas encore définitives. En effet, ces pièces doivent être sélectionnées parmi celles existant
sur le marché, et c’est l’objectif de cette simulation. Les valeurs utilisées sont donc les valeurs
idéales, telles que calculées à l’annexe [Annexe 6].
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 36 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE L’autre valeur qui nous manque est celle de la masse équivalente de la voiture. Bien que la
masse réelle de la voiture ne soit pas connue de manière très précise, elle peut être approximée
en utilisant les plans de la voiture déjà développés à cette étape. Cependant, ce n’est pas
seulement la masse qui nous intéresse, mais bien la masse équivalente, notée meq, qui est
représente l’inertie de la voiture du point de vue de l’amortisseur. L’annexe [Annexe 7]
démontre que pour de petits angles, la relation 4.10 peut être utilisée.
É 4.10
Où m est la masse de la voiture,
meq est la masse équivalente
y est la distance parcourue par la voiture
x est la distance parcourue par le plongeur du vérin
La figure 4.19 présente d’ailleurs les différentes grandeurs dont fait mention l’équation 4.10.
Figure 4.19 : Système d’axe
Le ratio y/x est évalué numériquement grâce à Matlab. Le script évalue d’abord une position
initiale, puis raccourcit le ressort d’une petite quantité, et réévalue certains points, avant de
calculer le rapport « Élévation de la roue » / « racourcissement du ressort », égal à y/x.
Pour ce qui est des pièces à utiliser, les amortisseurs FOX DHX RC4 sont très populaires
auprès des constructeurs des autres universités, en raison de leur faible coût et de leurs
performances acceptables. Un critère de design était d’avoir une suspension ayant une course
de 100 mm. Cependant, les DHX RC4 ne sont pas offerts en version avec 100 mm de course.
C’est le modèle avec 89 mm de course qui sera donc choisi, ce qui nous obligera d’avoir un
rapport (y/x) = 100/89 = 1,12. C’est ce rapport qui sera utilisé dans la conception.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 37 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Maintenant que tous les paramètres du système ont été discutés, voici, à l’équation 4.11, le
bilan des forces agissant sur le ressort.
où 1
1
1
– 1
É 4.11
est la longueur en extension complète de l’assemblage
est la longueur de l’assemblage au temps t=0
est la force de pré-compression sur le ressort, qui est un ajustement
Les équations 4.12 présentent la transformation dans le domaine de Laplace du dernier système. 1
–
1
1
²
– 1
–
1
0
²
– 1
²
É 4.12
É 4.12
É 4.12
Les équations 4.12 décrivent un système de second degré [11]. Il est possible de la réécrire sous
la forme standard, ce qui est fait à l’équation 4.12 d.
–
1
– 1
É 4.12
L’équation 4.12 d n’est pas à strictement parlé une fonction de transfert, puisque le gain a déjà
été multiplié par la force, qui devrait normalement être l’entrée du système. Pour connaître la
réponse de ce système, il faut entrer cette équation dans Matlab à l’aide de la fonction « tf » ,
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 38 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE mise pour « transfer function ». Pour connaître la réponse temporelle, il faut ensuite simuler le
tout à l’aide de la fonction « lsim », mise pour « linear simulation ».
Finalement, tout est connu afin de faire la simulation matlab [Annexe 8]. La figure 4.20 montre
la réponse du ressort de gauche, initialement en position d’équilibre, soumis à une entrée en
virage, correspondant à une force d’inertie de 2800 N [Annexe 5].
Figure 4.20 : Réponse du ressort de gauche
La figure 4.21 (page suivante) montre quant-à-elle la réponse du ressort de droite, qui, lors
d’une entrée dans un virage, a un comportement opposé à celui de gauche. Ce phénomène est
causé par la force d’inertie du véhicule, tel que discuté précédemment.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 39 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Figure 4.21 : Réponse du ressort de droite
C’est à partir de ces graphiques que sont ajustés les paramètres idéaux de l’assemblage ressortamortisseur afin que la voiture ait un comportement adéquat en virage principalement.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 40 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Chapitre 5 : Analyse économique
L’analyse économique du présent projet aura deux volets. La première étape est d’établir les
coûts pour se rendre à la compétition. C’est-à-dire l’estimation des coûts des pièces à acheter,
des outils à acheter et des coûts pour se rendre à destination. La deuxième étape est l’analyse de
la mise en marché de la voiture qui sera faite, telle que proposée dans la mise en situation de la
compétition FSAE.
5.1 Analyse des coûts pour compétition
Rappelons d’abord que l’objectif ultime avec ce projet est d’élaborer une base permettant aux
étudiants en génie mécanique et électromécanique d’aller à la compétition FSAE en mai 2011.
Dans cette optique, la première partie de l’analyse économique visera à déterminer la somme
monétaire requise pour participer à la compétition. Cette étude s’intéressera aux coûts des
pièces et des matériaux requis pour construire la voiture, aux coûts de l’outillage à se procurer,
ainsi qu’au coût pour la compétition elle-même, c’est-à-dire le déplacement et les frais de
survivance de l’équipe.
5.1.1
Coût des pièces et de la fabrication
Tout au long de la conception de la voiture, le besoin de pièces a rendu nécessaire l’élaboration
d’une liste de celles-ci. La liste exhaustive des pièces considérées dans la conception de la
voiture se trouve à l’annexe [Annexe 9]. Dans cette liste, plusieurs possibilités ont été
proposées pour une même composante. Par exemple, la crémaillère est présente en trois
versions, équivalentes mais non-identiques, qui pourraient toutes être choisies pour la voiture.
Ainsi, le prix visible dans le tableau 5.1, présenté à la page suivante, a été calculé à l’aide d’une
moyenne du coût de chacune des pièces.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 41 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Tableau 5.1 : Coût des pièces, 2009
Élément
Prix pièces
Qté
Total
2 170,00 $
300,00 $
627,00 $
1
1
4
2 170,00 $
300,00 $
2 508,00 $
20%
5 973,60 $
561,11 $
142,22 $
197,78 $
1
1
1
561,11 $
142,22 $
197,78 $
Joint universel (article 18)
Imprévus de la section
Total
81,67 $
2
163,33 $
20%
1 277,33 $
Roues
Pneus secs (article 2)
Pneus pluie (article 3)
Jantes de roue (article 4)
Pivot ouvrier (article 20)
Moyeu (article 21)
Total
168,89 $
188,89 $
261,11 $
320,00 $
215,00 $
8
4
8
4
4
1 351,11 $
755,56 $
2 088,89 $
1 280,00 $
860,00 $
20%
7 602,67 $
Freins
Étriers (article 11)
Disque (article 22)
Quinciallerie (article 16)
Cylindre maîtres (article 10)
Total
147,78 $
123,33 $
310,00 $
277,78 $
3
3
1
2
443,33 $
370,00 $
310,00 $
555,56 $
10%
1 846,78 $
Moteur
Moteur (article 19)
Batterie (article 6)
Pompe à gaz (article 9)
Silencieux (article 12)
Bras de vitesse automatique
(article 13)
Total
2 000,00 $
135,56 $
406,67 $
422,22 $
1 622,22 $
1
1
1
1
1
2 000,00 $
135,56 $
406,67 $
422,22 $
1 622,22 $
Châssis
Tubulure d'acier (article 24)
Carrosserie
Amortisseurs (article 17)
Total
Direction
Crémaillère (article 1)
Volant (article 7)
Connecteur de volant (article 8)
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 15%
5 274,67 $
Page 42 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Tableau 5.1 : Coût des pièces (suite et fin)
Élément
Prix pièces
Qté
Total
Cabine
Siège (article 23)
Harnais (article 5)
Total
378,00 $
225,00 $
1
1
378,00 $
225,00 $
20%
723,60 $
Assemblage
propulsion
Différentiel (article 15)
3 111,11 $
1
3 111,11 $
Du différentiel aux roues
(article 14)
Total
2 052,22 $
1
2 052,22 $
Total des sous-sections
10%
5 679,67 $
28 378,31 $
Les taux d’imprévus de cette section varient entre 10% et 20%. Ceux-ci sont relativement bas
car certaines sections ont été très détaillées au niveau de l’annexe 9, qui est la liste exhaustive
des pièces requises. Ainsi, pour certaines sections, comme l’assemblage de propulsion ou les
freins, la future équipe d’étudiants sur le projet pourra commander exactement la liste des
pièces mise en annexe. Cela correspond à une phase définitive du projet5.
À noter que les montants vus dans le tableau sont en dollars canadiens, et les frais de postes et
manutentions sont tenus en compte dans les prix.
Il y aura également des coûts associés à la fabrication de la voiture. Pour ce qui est du temps de
travail, il est considéré comme gratuit à cette étape, puisqu’il est réalisé par les étudiants. De
plus, une hypothèse utilisée est l’utilisation gratuite des installations de l’université, c’est-à-dire
le garage sur la Larivière et les différents outils déjà en place. Les coûts de fabrication se
situeront donc au niveau de l’achat d’outils. Le tableau 5.2 présente la liste des outils à se
5
GEN 0002
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 43 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE procurer et des coûts associés à ces achats. Le taux d’imprévu est ajusté à la hauteur de 50 %,
puisque cette analyse représente une phase d’identification des besoins6.
Tableau 5.2 : Achat d’outils, 2009
Outil
Table de montage
Soudeuse - TIG
Matériel pour souder
Coffre d’outil avec petits outils
Équipement pour plier
Coût
1800,00 $
2000,00$
500,00 $
3000,00 $
500,00$
Sous-total outils
Imprévus
Grand total outils
5.1.2
7800,00$
50 %
11 700,00$
Frais associés à la compétition
Une fois la voiture terminée, en mai 2011, l’équipe de la FSAE-UQAT sera prête à participer à
la compétition au Michigan, aux États-Unis. D’importants coûts seront associés à cette longue
fin de semaine de compétition. Grâce à un contact travaillant sur la FSAE de l’Université Laval,
il a été possible d’estimer la somme requise pour cet aspect du projet. Le tableau 5.3 présente
ces différents coûts. Le taux d’imprévu est relativement bas, à 20 %, car ces montants ne sont
pas reliés à des éléments de conception, et sont donc moins sujets à des fluctuations.
66
GEN 0002
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 44 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Tableau 5.3 : Coûts pour aller à la compétition, 2009
Élément
Coût
Inscription
2000,00 $
Location camionnette, style Ford Ranger
750,00 $
Essence pour camionnette (2000 km, 1,10$/litre)
350,00 $
Location remorque
350,00 $
Hébergement, transport, nourriture ( 5 personnes, 3 jours, 2
2000,00 $
chambres d’hôtel)
Sous-total compétition
5450,00$
Imprévus
20%
Grand total compétition
5.1.3
6500,00 $
Coûts totaux pour le projet
Maintenant que les différents aspects des coûts ont été élaborés, le tableau 5.4 présente le bilan
des coûts pour la compétition. Aucune marge d’imprévu n’est rajoutée, puisqu’ils ont déjà été
additionnés aux sous-totaux.
Tableau 5.4 : Coûts totaux pour le projet, 2009
Sous-total
Valeur
Pièces
28 400,00 $
Outils
11 700,00$
Frais compétition
6 500,00$
46 300$
Total
Ce total représente la somme que devra amasser l’équipe pour se rendre à la compétition au
Michigan en mai 2011. Les sources pourront avoir des provenances diverses, mais seront
surtout issues de la générosité des commanditaires et de l’université.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 45 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 5.2 Analyse de rentabilité
La section précédente visait à établir le montant nécessaire à la réussite du projet. Cette section
sera quant à elle une analyse financière de la voiture comme produit commercial.
Il est important, avant de continuer, de rappeler le contexte de la compétition FSAE. Chaque
université doit présenter sa voiture comme un produit commercialisable pour un circuit de
course amateur. L’objectif étant de vendre le prototype à un fabricant désirant produire 1000
autos par années. Puisqu’il n’est pas spécifié, la première hypothèse faite est que le projet a une
durée de 5 ans. Et horizon de 5 ans est dû au fait que la technologie d’une voiture de course sera
désuète passée cette durée. Dans ce contexte, chaque université doit faire l’analyse économique
de sa voiture en tant que produit commercial afin de la vendre au fabricant. Ainsi, l’objectif est
de déterminer le prix auquel le fabricant devra vendre la voiture pour obtenir un profit
déterminé.
5.2.1
Estimation du prix de revient et de vente
Le premier élément qui entre en jeu dans l’estimation du coût de revient est le coût de pièces.
Les prix de celles-ci peuvent être vus au tableau 5.1. Le montant vu dans ce tableau s’élève au
montant de 28 400, 00 $. Il est raisonnable de penser qu’une production en série de l’ordre de
1000 véhicules par année emmènera une réduction du coût des pièces, puisqu’il serait possible
de faire affaire directement avec les fabricants de ces pièces. D’après la référence [12], la marge
de profit sur la vente de pièces automobiles au détail est devrait être de l’ordre de 40 %. Selon
la référence [13], la marge de profit se définit comme suit, où la variable « vendant » est le prix
auquel les détaillants vendent leurs pièces.
û
É . 5.1
À partir de cette équation, il est possible de déterminer à quel prix seront disponibles les pièces
auprès d’un grossiste.
28 400$
û
28 400$
40%
û
Aimé Émard Francis Marquis 17 000 $
Été 2009 Page 46 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Lorsqu’il est question de travail en série, il est nécessaire de considérer le prix des gabarits qui
faciliteront la fabrication. En plus de faciliter la fabrication, ceux-ci améliorera le temps le
temps requis pour la construction d’une automobile. Le tableau 5.5 présente les trois gabarits
principaux qui seront nécessaires pour rendre efficace la production en série. Comme il est
difficile d’estimer l’usure des gabarits, l’hypothèse a été faite qu’un nouveau gabarit de chaque
sorte est nécessaire par année, sur une durée de projet de 5 ans. Les gabarits seront cependant
tous fabriqués au début du projet, vu les petites sommes en jeu, et qu’il est beaucoup plus facile
de fabriquer 5 gabarits identiques s’ils sont fabriqués au même moment. Le taux d’imprévu est
posé à 50 %, car c’est une phase d’identification7 dans le projet.
Tableau 5.5 : Gabarits nécessaires
Gabarit
Châssis
Entrée d’air
Carrosserie
Estimation du prix
3000,00$
1000,00$
8000,00$
Sous-total
Imprévu
Total
Total par véhicule (5000 unités)
Qté
5
5
5
Total gabarit
15 000,00$
5 000,00$
40 000,00$
60 000,00$
50%
90 000,00$
18,00$
Un élément négligé précédemment est le coût en temps associé à la production en série d’une
voiture de course. Pour avoir une évaluation précise du montant requis pour fabriquer le
châssis, qui représente une grande partie de la fabrication, des soumissions ont été demandées
chez Métal Marquis. Cette évaluation du temps de fabrication du châssis peut être vu à l’annexe
10. Le restant est évalué selon des connaissances et des expériences de travail passées. Le
temps homme est évalué à 30 $/heure. C’est le coût horaire que Métal Marquis charge à ses
clients divisé par deux, qui est une règle du pouce pour connaître le coût d’un employé8. Encore
une fois, les imprévus, de l’ordre de 30 % car cette phase du projet est dite préliminaire9, sont
additionnés à l’estimation qui est réalisée.
7
GEN 0002
Selon Yves Ruel, collaborateur au projet
9
GEN 0002
8
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 47 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Tableau 5.6 : Coûts associés au temps d’assemblage
Élément
Temps
Montant
(heures)
Assemblage/fabrication du châssis
43
1290 $
Assemblage/fabrication de la carrosserie
15
450 $
Assemblage des roues
5
150 $
Assemblage de la section moteur
5
150 $
Assemblage de la direction
4
120 $
Assemblage des freins
7
210 $
Assemblage de la section propulsion
8
240 $
Assemblage de la suspension
4
120 $
Assemblage de la section cabine
5
150 $
86
2600 $
Sous-total assemblage
Imprévus
30 %
Total assemblage
3400 $
Finalement, le dernier élément à ajouter afin de déterminer le coût de revient est le coût de
transport et de préparation. D’après une discussion avec Marc Brennan de chez Action Kia, le
coût de transport représente environ 6% du prix de vente. Prenant comme hypothèse que le coût
de revient représente 75% du prix de vente chez les constructeur automobiles, il en découle que
le coût de transport représente environ 8,5% du prix de revient. Ce pourcentage sera utilisé dans
le tableau 5.7 (page suivante) afin d’établir combien coûte la production d’une voiture de
course de type FSAE.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 48 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Tableau 5.7 : Coût de revient de la voiture
Élément
Coût
Pièces
17 000 $
Gabarits
18 $
Assemblage
3400 $
Sous-total fabrication
Transport et préparation (8,5%)
Total
20 300 $
1700 $
22 100 $
Une première conclusion s’impose. Ce total de 22 100 $ au niveau du coût de revient pourrait
probablement être diminué d’avantage si la voiture était réellement produite en série. En effet,
pour une chaîne de 1000 voitures par année, il serait certainement avantageux de fabriquer
plusieurs pièces au lieu de les acheter, réduisant ainsi le coût total des pièces.
Pour déterminer le prix de vente, il faut analyser les caractéristiques des compagnies fabricant
des produits semblables au nôtre. C’est donc en analysant le domaine manufacturier, plus
spécifiquement le domaine des véhicules et des pièces, que le prix de vente est déterminé. La
référence [14] stipule que le ratio de la marge brute est de 10,8 %. À partir de cela, et à l’aide
de l’équation 5.2, il est possible de déterminer le prix de vente.
%
100%
É 5.2
De cette équation, il est possible de déterminer que le prix de vente de notre voiture devrait être
égal à 24 800 $.
Analyse de l’investissement initial
Puisque l’analyse de rentabilité se fait pour une compagnie fictive, il devra y avoir quelques
modifications à une analyse traditionnelle. Puisque d’évaluer l’investissement requis pour
lancer la ligne de production serait très difficile à ce moment du projet, l’analyse portera sur
l’investissement requis afin que le projet soit rentable.
Le type d’analyse utilisé est le TRI, c’est-à-dire le taux de rendement interne. Le TRI est le taux
de rendement pour lequel la VAN du projet, la valeur actuelle net, est égale à 0. Selon ce type
d’analyse, pour qu’un projet soit jugé rentable, il faut que le TRI soit plus grand ou égal au
TRAM.
Pour comprendre la technique d’analyse, il faut donc revenir sur ce qu’est la VAN. La VAN est
la somme des flux monétaires propres à un projet, actualisé au début du projet. Il est acceptable
d’additionner ces flux monétaires puisqu’ils sont ramenés en dollars actuels, en dollars de 2009
par exemple. Et le taux auquel ces sommes sont actualisées est le TRAM.
Quelques hypothèses ont été utilisées pour réaliser l’analyse. La liste suivante fait le bilan de
celles-ci.
•
Taux d’imposition de la compagnie fixé à 31 % [15]
•
90 % de l’investissement ira en achat d’équipement
•
10 % de l’investissement ira en fond de roulement
•
La catégorie d’amortissement de l’équipement acheté est la 43, sois un taux de 30%
Suivant les 12 étapes vues dans le cours d’atelier économique GEN 0012, les flux monétaires
ont pu être calculés. L’annexe 11 présente un tableau des flux monétaires actualisés. L’étape
suivante consistait à faire varier l’investissement initial et à identifier quel était le taux de
rendement interne du projet, toujours pour avoir la VAN = 0. En répétant plusieurs fois
l’opération, on obtient la figure 5.1, qui montre l’évolution du TRI en fonction de
l’investissement initial.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 50 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Figure 5.1 : TRI en fonction de l’investissement initial
30%
25%
T 20%
R
I 15%
(
% 10%
)
5%
0%
2,5
3,5
4,5
( Investissement, millions de Dollard)
5,5
Le taux de rendement minimal acceptable minimum ( TRAM ) est fixé à 12 %. Sur le
graphique, celui-ci correspond au point mis en évidence. Il est calculé en additionnant 1) le taux
sans risque ( 4 % pour un projet de 5 ans); 2) le taux associé au risque de ce type d’entreprise
(4%, manufacturier); 3) le taux associé au risque du projet ( 4 %, projet de recherche et
développement risqué ) [15].
Ce graphique permet donc de déterminer qu’un investissement initial de 4 100 000 $ est le
montant maximal qui permet de respecter le taux de rendement minimal du projet, fixé à 12%.
Ainsi, l’entreprise pourra aller de l’avant avec ce projet si elle prévoir faire un investissement
initial de moins de 4 100 000 $.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 51 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Chapitre 6 : Conclusion et recommandations
6.1 Conclusion
Pour conclure, rappelons d’abord les différentes étapes qui ont été accomplies au cours du
projet. D’abord, l’équipe a étudié le sujet des automobiles de course; elle a été au Cégep, où
une formule SAE était disponible pour l’analyser; l’équipe a fait beaucoup de recherche
Internet afin de découvrir quelles étaient les stratégies employées par les autres équipes; elle a
lu dans des livres traitant des voitures de course afin d’approfondir leurs connaissances dans le
domaine.
La deuxième étape consistait au design des différentes composantes du véhicule. Les
connaissances acquises dans la première phase du projet ont été très utiles afin de réaliser une
conception intelligente. La conception s’est faite en parallèle avec la modélisation en 3
dimensions sur le logiciel SolidWorks. L’assemblage des roues a été très approfondie, afin que
l’étape subséquente, la conception de la suspension, soit accomplie d’une manière très réaliste.
Une fois la géométrie de la suspension déterminée, une étude préliminaire d’optimisation a été
réalisée afin d’obtenir des caractéristiques s’approchant la suspension considérée« optimale ».
Une analyse physique de la réponse de la suspension a également été réalisée, afin de s’assurer
que celle-ci ait un bon comportement.
La suspension livrée sur les plans est totalement fonctionnelle. Cependant, une autre équipe
devra évaluer si la présence d’une barre de torsion (figure 6.1), qui unirait les deux côtés de la
suspension avant, est nécessaire et améliorera de façon notable la performance de la suspension.
Figure 6.1 : Voiture du RMIT, avec barre de torsion
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 52 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Il est donc possible de voir que le présent projet a permis aux étudiants de travailler avec
plusieurs aspects reliés à la conception d’une voiture. Bien qu’à première vue ces connaissances
semblent très spécifiques, elles s’appliquent à un grand nombre de projets communs dans
l’industrie. En effet, le processus utilisé s’applique dans tous les domaines de l’ingénierie. Ce
processus consistait en une analyse en profondeur des produits semblables et de la théorie
reliée à ceux-ci, suivie par une conception reliée aux connaissances acquises précédemment.
Les autres connaissances acquises se situent au niveau de l’analyse des vibrations. Il a été
possible de pousser en profondeur l’analyse de vibration qui découlait d’une étude en DMC
d’un mécanisme. Cette union entre les deux disciplines a donné des résultants concluants.
Le livrable témoigne du succès de notre projet; les plans qui sont joints en annexe de ce projet
démontrent le bon travail réalisé par l’équipe. À partir de ces plans, il sera possible, avec une
étude d’optimisation plus approfondie au niveau du châssis, de fabriquer la voiture afin de
participer à la compétition en mai 2011.
La plus grande inconnue au niveau de la réalisation du projet global (compétitionner en mai
2011) se situe au niveau du budget nécessaire. Comme vu dans l’analyse économique, une
grande enveloppe budgétaire sera requise afin de se rendre au Michigan avec une voiture
fonctionnelle. Il n’en tiendra qu’aux futurs membres de la FSAE-UQAT de faire une recherche
de commandites et de trouver d’autres moyens de financement permettant d’amasser la somme
totale nécessaire.
Sur une dernière note, les deux étudiants sont très heureux d’avoir participé au lancement d’un
projet d’envergure. Il n’en tiendra qu’à leurs successeurs de faire de ce projet un objet de fierté
pour l’UQAT.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 53 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 6.2 Recommandations
Malgré l’avancement de ce projet, quelques recommandations seront intéressantes à signaler :
1)
Le châssis devra être optimisé. Par optimisation on entend : faire une première analyse
en résistance des matériaux afin de déterminer les contraintes dans les membrures; Faire une
analyse par éléments finis afin de préciser les calculs en RDM; à partir de ces résultats, ajouter
ou supprimer des membrures, ou encore réduire ou augmenter l’épaisseur ou le diamètre des
tubes déjà en place. La géométrie du châssis pourra également être améliorée. Cependant, les
points suivants ne devraient pas bouger sans une analyse appronfondie : A) Le point d’attache
de la came; B) Le point d’attache de l’amortisseur; C) Les 4 points d’attache de chacun des bras
de la suspension.
2)
Une équipe devra tenter d’obtenir plus d’informations sur les différents types
d’assemblage ressorts-amortisseurs disponibles sur le marché (les marques et les modèles). Ce
devra peut-être se faire par l’achat de ressorts-amortisseurs et par la mise à l’essai de ceux-ci
sur un banc d’essai conçu à cet effet.
3)
L’ajout d’un bras de torsion entre les deux côtés de la suspension avant devra être
considéré. La prochaine équipe devra tenter de mettre en évidence les avantages de cet ajout.
4)
Il serait important d’améliorer la forme du pivot ouvrier (knuckle) afin que celui-ci soit
plus facile à machiner. Il devra également être légèrement modifié afin de permettre à la tige de
conduite de s’y accrocher (roues avant). À l’arrière, ce sont les points d’attache de l’ajustement
de l’alignement qui devront être revus. Cependant, les paramètres du pivot (knuckle) ne
devront pas être modifiés (c’est-à-dire la localisation des points d’attache de la suspension).
5)
Le positionnement de la crémaillère devra être réalisé en accord avec les bons principes
d’ingénierie. Un choix a déjà été fait : ce composant sera situé à l’avant des roues et en dessous
de l'axe des roues.
6)
Sur la modélisation, le bloc du différentiel arrière est constitué de deux principaux
assemblages : le différentiel lui-même avec l’essieu s’ancrant aux roues et le boitier contenant
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 54 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE le différentiel et s'attachant au moteur. Ces deux assemblages sont très dispendieux et massifs.
Il faudrait tenter de trouver une alternative moins coûteuse et plus légère (en le faisant fabriquer
par les étudiants par exemple, ou en trouvant une alternative sur le marché). Il faudra également
réaliser les calculs de RDM pour déterminer les efforts transmis aux arbres de transmission des
roues et les dimensionner. Il sera aussi nécessaire de déterminer plus précisément l’entraxe
entre l’engrenage menant et celui mené.
7)
Le collecteur (maniflod) a été modélisé dans une forme proche de sa version définitive.
Dans la version modélisée, les 4 tuyaux du collecteur sont à la verticale. Cependant, il pourrait
être modélisé de nouveau afin de prendre moins d’espace, c’est-à-dire être regroupés en un bloc
de 4 (figure 7.1).
Figure 7.1 : Configuration idéale pour le collecteur des gaz d’échappement
8)
Il faudra terminer la conception de l’assemblage de la tuyauterie d’échappement des gaz
(comprend le silencieux et les éléments de liaison).
9)
Une étude devra être réalisée afin de faire le design de la carrosserie. En effet, celle-ci
devra être modélisée afin de posséder un aérodynamisme adéquat pour la compétition, en plus
de répondre aux règlements imposés par la SAE.
10)
Bien que ce ne soit pas indispensable, c’est-à-dire que ce point pourrait être à négliger si
le budget est serré ou que le temps manque, il serait intéressant de se pencher sur le contrôle
électronique du moteur. Bien que l’ordinateur actuel du moteur soit fonctionnel, il n’est peutêtre pas le plus adéquat, à cause des contraintes imposées par la compétition.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 55 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE 11)
L’automobile n’a pas été conçue pour permettre le positionnement de plus de deux
pédales pour les pieds. Il est donc nécessaire de penser à un système de changement de vitesse
automatisé actionné par les mains. Ce système peut être acheté mais est dispendieux. Des
étudiants pourraient s’attaquer à cet aspect afin de concevoir un tel système.
12)
Le système d’admission n’a pas été conçu. Celui-ci devra être réalisé par des étudiants.
13)
Le système de refroidissement du moteur et de l’huile n’a pas été développé. Les pièces
devront être choisis et positionnées sur le véhicule.
14)
Les cylindres maîtres (master cylinders) au niveau des freins n’ont pas été étudiés de
façon très approfondie. Une étude devra être réalisée afin de déterminer le meilleur modèle.
15)
Le siège devra être conçu pour s’adapter à la cabine et servir à la fois de mur coupe feu.
Il existe différents sièges sur le marché mais il sera difficile d’en trouver un qui s’adaptera
adéquatement à la cabine. Celui-ci devra également permettre une position plus inclinée du
conducteur.
16)
Pour conclure, il est nécessaire de décrire les prochaines étapes à réaliser ( et l’ordre de
celles-ci ). Cela est fait dans l’optique de donner des projets à des étudiants en 3ème ou 4ème
année.
i.
Choix final des pièces et modélisation de celles-ci
ii.
Optimisation du châssis et des autres sous-assemblages
iii.
Développement d’un système de changement de vitesse automatique
iv.
Conception de la carrosserie
v.
Développement du contrôle électronique du moteur (optionel)
Bien sûr, ces étapes devront être réalisées en lien avec une recherche de fonds, auprès de
commanditaires ou par d’autres méthodes. L’argent n’est pas le seul élément du projet mais est
une condition nécessaire à la réalisation de celui-ci.
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 56 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Bibliographie
Site internet
[1]
SAE, An abridged story of SAE,< http://www.sae.org/about/general/history/> Consulté le
: 11 juin 2009.
[2]
Mogin’Along, http://www.moginalong.co.uk/OurMog/Images/Unimog-LadderFrameChassis.jpg> Consulté le 22 juin 2009
[3]
CAR ADVICE, Monocoque > An Australian car advice,
<http://www.caradvice.com.au/289/monocoque/> Consulté le 11 juin 2009.
[4]
WIKIPEDIA, Suspension d’un véhicule
<http://fr.wikipedia.org/wiki/Suspension_de_v%C3%A9hicule> Consulté le 11 juin
2009.
[5]
AUTOMOTIVE ARTICLES, Suspension design : Types of suspension
<http://www.automotivearticles.com/Suspension_Design_Types_of_Suspensions.shtml>
Consulté le 11 juin 2009.
[6]
CAL POLY FSAE,< http://www.formula.calpolysae.org/Build%20Days/index.html >
Consulté le 22 juin 2009
[8]
OPTIMUMG, Springs and dampers technical tips,
<http://www.optimumg.com/OptimumGWebSite/Documents/TechTips/Springs&Damper
s_Tech_Tip_1.pdf> Consulté le : 12 juin 2009.
[9]
OPTIMUMG, Springs and dampers technical tips,
<http://www.optimumg.com/OptimumGWebSite/Documents/> Consulté le 25 juin 2009
[12] GEM-CAR, Marge de profit< http://www.gem-car.biz/Quelle-marge-de-profit-devraisje-prendre-sur-la-vente-de-pieces-4.html> Consulté le 25 juin 2009
[13] GEM-CAR, Comment calculer la marge de profit< http://www.gem-car.biz/Commentcalculer-une-marge-de-profit-6.html> Consulté le 25 juin 2009
[15] INVESTISSEMENT QUÉBEC, Le taux d’imposition des entreprises au Québec
<http://www.investquebec.com/fr/index.aspx?page=1789 > Consulté le 26 juin 2009
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 57 PAFE : CONCEPTION D’UNE FORMULE SAE Livre
[7]
W.F. MILLIKEN & D. L. MILLIKEN, Race car vehicle dynamics, SAE
International,Warrendale, Pa, 1995, 890 pages.
[10] ÉNÉ, Marin, La Dynamique des Mécanismes Complexes, Édition 2008, Les Éditions
Granada, Rouyn-Noranda, 2008, 344 pages.
[11] NISE, Normand S., Control system engineering, 5ème edition, California State
Polytechnic Université, 2005, 859 pages.
[14] CHAREST, LUSZTIG, SCHWAB, Gestion financière, 2e édition,
Editions du Renouveau Pédagogique inc., 1990
[15] MORISSETTE, O’SHAUGHNESSY, Décisions financières à long terme, 2ème édition,
Les éditions SMG
Aimé Émard Francis Marquis Été 2009 Page 58 Annexe 1 : Règlements
59
2009 FORMULA SAE RULES
PART B – TECHNICAL REQUIREMENTS
ARTICLE 1:
VEHICLE REQUIREMENTS & RESTRICTIONS
1.1
Technical Inspection
The following requirements and restrictions will be enforced through technical inspection.
Noncompliance must be corrected and the car re-inspected before the car is allowed to
operate under power.
1.2
1.2.1
Modifications and Repairs
Once the vehicle has been presented for judging in the Cost or Design Events, or submitted
for Technical Inspection, and until the vehicle is approved to compete in the dynamic
events, i.e. all the inspection stickers are awarded, the only modifications permitted to the
vehicle are those directed by the Inspector(s) and noted on the Inspection Form.
1.2.2
Once the vehicle is approved to compete in the dynamic events, the ONLY modifications
permitted to the vehicle are those listed below. They are also referenced in Part C of the
Formula SAE Rules – Static Event Regulations.
a) Adjustment of belts and chains
b) Adjustment of brake bias
c) Adjustment of the driver restraint system, head restraint, seat and pedal assembly
d) Substitution of the head restraint or seat insert for different drivers
e) Adjustment to engine operating parameters, e.g. fuel mixture and ignition timing
f) Adjustment of mirrors
g) Adjustment of the suspension where no part substitution is required, (except that
springs, sway bars and shims may be changed)
h) Adjustment of tire pressure
i) Adjustment of wing angle
j) Replenishment of fluids
k) Replacement of worn tires or brake pads
l) The changing of wheels and tires for “wet” or “damp” conditions as allowed in Part D
of the FSAE Rules – Dynamic Event Regulations.
1.2.3
The vehicle must maintain all required specifications, e.g. ride height, suspension travel,
braking capacity, sound level and wing location throughout the competition.
1.2.4
Once the vehicle is approved for competition, any damage to the vehicle that requires
repair, e.g. crash damage, electrical or mechanical damage will void the Inspection
Approval. Upon the completion of the repair and before re-entering into any dynamic
competition, the vehicle MUST be re-submitted to Technical Inspection for re-approval.
ARTICLE 2:
2.1
GENERAL DESIGN REQUIREMENTS
Vehicle Configuration
The vehicle must be open-wheeled and open-cockpit (a formula style body) with four (4)
wheels that are not in a straight line.
15
© 2008 SAE International. All Rights Reserved. Printed in USA.
2009 Formula SAE Rules
2.2
Bodywork
There must be no openings through the bodywork into the driver compartment from the
front of the vehicle back to the roll bar main hoop or firewall other than that required for the
cockpit opening. Minimal openings around the front suspension components are allowed.
2.3
Wheelbase
The car must have a wheelbase of at least 1525 mm (60 inches). The wheelbase is
measured from the center of ground contact of the front and rear tires with the wheels
pointed straight ahead.
2.4
Vehicle Track
The smaller track of the vehicle (front or rear) must be no less than 75% of the larger track.
2.5
Visible Access
All items on the Inspection Form must be clearly visible to the technical inspectors without
using instruments such as endoscopes or mirrors. Visible access can be provided by
removing body panels or by providing removable access panels.
ARTICLE 3:
DRIVER’S CELL
3.1
General Requirements
Among other requirements, the vehicle’s structure must include two roll hoops that are
braced, a front bulkhead with support system and Impact Attenuator, and side impact
structures.
3.2
Definitions
The following definitions apply throughout the Rules document:
• Main Hoop - A roll bar located alongside or just behind the driver’s torso.
• Front Hoop - A roll bar located above the driver’s legs, in proximity to the steering
wheel.
• Roll Hoops – Both the Front Hoop and the Main Hoop are classified as “Roll Hoops”
• Frame Member - A minimum representative single piece of uncut, continuous tubing.
• Frame - The “Frame” is the fabricated structural assembly that supports all functional
vehicle systems. This assembly may be a single welded structure, multiple welded
structures or a combination of composite and welded structures.
• Primary Structure – The Primary Structure is comprised of the following Frame
components:
1) Main Hoop, 2) Front Hoop, 3) Roll Hoop Braces, 4) Side Impact Structure, 5)
Front Bulkhead, 6) Front Bulkhead Support System and 7) all Frame Members,
guides and supports that transfer load from the Driver’s Restraint System into items
1 through 6.
• Major Structure of the Frame – The portion of the Frame that lies within the envelope
defined by the Primary Structure. The upper portion of the Main Hoop and the Main
Hoop braces are not included in defining this envelope.
• Front Bulkhead – A planar structure that defines the forward plane of the Major
Structure of the Frame and functions to provide protection for the driver’s feet.
• Impact Attenuator – A deformable, energy absorbing device located forward of the Front
Bulkhead.
16
3.3
3.3.1
Minimum Material Requirements
Baseline Steel Material
The Primary Structure of the car must be constructed of:
Either: Round, mild or alloy, steel tubing (minimum 0.1% carbon) of the minimum
dimensions specified in the following table,
Or: Approved alternatives per Rules 3.4, 3.5, 3.6 and 3.7.
ITEM or APPLICATION
Main & Front Hoops,
OUTSIDE DIAMETER
X WALL THICKNESS
1.0 inch (25.4 mm) x 0.095 inch (2.4 mm)
Shoulder Harness Mounting Bar
or 25.0 mm x 2.50 mm metric
Side Impact Structure, Front Bulkhead,
Roll Hoop Bracing, Driver’s Restraint
Harness Attachment (except as noted
1.0 inch (25.4 mm) x 0.065 inch (1.65 mm)
above)
Front Bulkhead Support
1.0 inch (25.4 mm) x 0.049 inch (1.25 mm)
Note 1: The use of alloy steel does not allow the wall thickness to be thinner than
that used for mild steel.
Note 2: For a specific application, tubing of the specified outside diameter but with greater
wall thickness, OR of the specified wall thickness and a greater outside diameter
to those listed above, IS NOT a rules deviation requiring approval.
3.4
3.4.1
Alternative Tubing and Material - General
Alternative tubing geometry and/or materials may be used except that the Main Roll Hoop
and Main Roll Hoop Bracing must be made from steel, i.e. the use of aluminum or titanium
tubing or composites for these components is prohibited.
3.4.2
Titanium tubing on which welding has been utilized cannot be used for any tubing in the
Primary Structure. This includes the attachment of brackets to the tubing or the attachment
of the tubing to other components.
3.4.3
If a team chooses to use alternative tubing and/or materials they must submit a “Structural
Equivalency Form” per Rule 3.8. The teams must submit calculations for the material they
have chosen, demonstrating equivalence to the minimum requirements found in Section
3.3.1 for yield and ultimate strengths in bending, buckling and tension, for buckling modulus
and for energy dissipation. (The Buckling Modulus is defined as EI, where, E = modulus of
Elasticity, and I = area moment of inertia about the weakest axis.)
3.4.4
Tubing cannot be of thinner wall thickness than listed in 3.5 or 3.6.
17
3.5
Alternative Steel Tubing
Minimum Wall Thickness Allowed:
MATERIAL & APPLICATION
Steel Tubing for Front and
Main Roll Hoops
Steel Tubing for Roll Hoop Bracing,
Front Bulkhead &
Driver’s Harness Attachment
Steel Tubing for Side Impact Structure
& Front Bulkhead Support
MINIMUM WALL
THICKNESS
2.0 mm (0.079 inch)
1.6 mm (0.063 inch)
1.2 mm (0.047 inch)
Note 1: All steel is treated equally - there is no allowance for alloy steel tubing, e.g. SAE
4130, to have a thinner wall thickness than that used with mild steel.
Note 2: To maintain EI with a thinner wall thickness than specified in 3.3.1, the outside
diameter MUST be increased.
Note 3: To maintain the equivalent yield and ultimate tensile strength the same crosssectional area of steel MUST be maintained.
3.6
3.6.1
Aluminum Tubing Requirements
Minimum Wall Thickness: Aluminum Tubing 3.0 mm (0.118 inch)
3.6.2
The equivalent yield strength must be considered in the “as-welded” condition, (Reference:
WELDING ALUMINUM (latest Edition) by the Aluminum Association, or THE WELDING
HANDBOOK, Vol . 4, 7th Ed., by The American Welding Society), unless the team
demonstrates and shows proof that the frame has been properly solution heat treated and
artificially aged.
3.6.3
Should aluminum tubing be solution heat-treated and age hardened to increase its strength
after welding; the team must supply sufficient documentation as to how the process was
performed. This includes, but is not limited to, the heat-treating facility used, the process
applied, and the fixturing used.
3.7
3.7.1
Composite Materials
If any composite or other material is used, the team must present documentation of material
type, e.g. purchase receipt, shipping document or letter of donation, and of the material
properties. Details of the composite lay-up technique as well as the structural material used
(cloth type, weight, resin type, number of layers, core material, and skin material if metal)
must also be submitted. The team must submit calculations demonstrating equivalence of
their composite structure to one of similar geometry made to the minimum requirements
found in Section 3.3.1. Equivalency calculations must be submitted for energy dissipation,
yield and ultimate strengths in bending, buckling, and tension. Submit the completed
“Structural Equivalency Form” per Section 3.8.
3.7.2
Composite materials are not allowed for the Main Hoop or the Front Hoop.
18
3.8
3.8.1
Structural Equivalency and Structural Equivalency Form (SEF)
ALL TEAMS MUST SUBMIT A STRUCTURAL EQUIVALENCY FORM (SEF), even if they
are NOT planning to use alternative materials or tubing sizes to those specified in 3.3.1
Baseline Steel Materials.
3.8.2
The use of alternative materials or tubing sizes to those specified in 3.3.1 “Baseline Steel
Material,” is allowed, provided they have been judged by a technical review to have equal
or superior properties to those specified in 3.3.1.
3.8.3
Approval of alternative material or tubing sizes will be based upon the engineering
judgment and experience of the chief technical inspector or his appointee.
3.8.4
The technical review is initiated by completing the “Structural Equivalency Form” (SEF)
using the format given in Appendix B-1.
3.8.5
Structural Equivalency Form – Submission
a. Address – SEF’s must be submitted to the officials at the competition you are entering
at the address shown in the Appendix or indicated at the competition website.
b. Due Date – SEF’s must be submitted no later than the date given in the “Action
Deadlines” indicated on the competition website. Teams that submit their Structural
Equivalency Form after the due date for the competition will be penalized 10 points per
day up to a maximum of 50 points, which will be taken off the team’s Total Score.
c. Acknowledgement – North America competitions – SEF’s submitted for vehicles
entered into competitions held in North America will be acknowledged upon receipt.
Do Not Resubmit SEF’s
3.8.6
Vehicles completed under an approved SEF must be fabricated in accordance with the
materials and processes described in the SEF.
3.8.7
Teams must bring a copy of the approved SEF with them to Technical Inspection.
3.9
3.9.1
Main and Front Roll Hoops – General Requirements
The driver’s head and hands must not contact the ground in any rollover attitude.
3.9.2
The Frame must include both a Main Hoop and a Front Hoop as shown in Figure 1.
3.9.3
When seated normally and restrained by the Driver’s Restraint System, the helmet of a 95th
percentile male (anthropometrical data) and all of the team’s drivers must:
a. Be a minimum of 50.8 mm (2 inches) from the straight line drawn from the top of the
main hoop to the top of the front hoop. (Figure 1a)
b. Be a minimum of 50.8 mm (2 inches) from the straight line drawn from the top of the
main hoop to the lower end of the main hoop bracing if the bracing extends rearwards.
(Figure 1b)
c. Be no further rearwards than the rear surface of the main hoop if the main hoop bracing
extends forwards. (Figure 1c)
19
95th Percentile Male Template Dimensions
A two dimensional template used to represent the 95th percentile male is made to the
following dimensions:
• A circle of diameter 200 mm (7.87 inch) will represent the hips and buttocks.
• A circle of diameter 200 mm (7.87 inch) will represent the shoulder/cervical region.
• A circle of diameter 300 mm (11.81 inch) will represent the head (with helmet).
• A straight line measuring 490 mm (19.29 inch) will connect the centers of the two
200 mm circles.
• A straight line measuring 280 mm (11.02 inch) will connect the centers of the upper
200 mm circle and the 300 mm head circle.
3.9.4
The 95th percentile male template will be positioned as follows: (See Figure 2.)
• The seat will be adjusted to the rearmost position,
• The bottom 200 mm circle will be placed at the junction of the seat back and the seat
bottom, tangential to both.
• The middle 200 mm circle, representing the shoulders, will be positioned on the seat
back.
• The upper 300 mm circle will be positioned no more than 25.4 mm (1 inch) away from
the head restraint (i.e. where the driver’s helmet would normally be located while
driving).
3.9.5
If the requirements of 3.9.3 are not met with the 95th percentile male template, the car will
be allowed to compete. However, 35 points will be deducted from the team’s Design Event
score.
3.9.6
Drivers who do not meet the helmet clearance requirements of 3.9.3 will not be allowed to
drive in the competition.
3.9.7
The minimum radius of any bend, measured at the tube centerline, must be at least three
times the tube outside diameter. Bends must be smooth and continuous with no evidence
of crimping or wall failure.
3.9.8
The Main Hoop and Front Hoop must be securely integrated into the Primary Structure
using gussets and/or tube triangulation.
3.10 Main Hoop
3.10.1 The Main Hoop must be constructed of a single piece of uncut, continuous, closed section
steel tubing per Rule 3.3.1.
3.10.2 The use of aluminum alloys, titanium alloys or composite materials for the Main Hoop is
prohibited.
3.10.3 The Main Hoop must extend from the lowest Frame Member on one side of the Frame, up,
over and down the lowest Frame Member on the other side of the Frame.
3.10.4 In the side view of the vehicle, the portion of the Main Roll Hoop that lies above its
attachment point to the Major Structure of the Frame must be within 10 degrees (10°) of the
vertical.
20
3.10.5 In the front view of the vehicle, the vertical members of the Main Hoop must be at least 380
mm (15 inch) apart (inside dimension) at the location where the Main Hoop is attached to
the Major Structure of the Frame.
3.10.6 On vehicles where the Primary Structure is not made from steel tubes, the Main Hoop must
be continuous and extend down to the bottom of the Frame. The Main Hoop must be
securely attached to the monocoque structure using 8 mm Grade 8.8 (5/16 in Grade 5)
bolts. Mounting plates welded to the Roll Hoop shall be at least 2.0 mm (0.080 inch) thick
steel. Steel backup plates of equal thickness must be installed on the opposing side of the
monocoque structure such that there is no evidence of crushing of the core. The
attachment of the Main Hoop to the monocoque structure requires an approved Structural
Equivalency Form per Section 3.8. The form must demonstrate that the design is equivalent
to a welded Frame and must include justification for the number and placement of the bolts.
3.11 Front Hoop
3.11.1 The Front Hoop must be constructed of closed section metal tubing per Rule 3.3.1.
3.11.2 The use of composite materials for the Front Hoop is prohibited.
3.11.3 The Front Hoop must extend from the lowest Frame Member on one side of the Frame, up,
over and down to the lowest Frame Member on the other side of the Frame.
3.11.4 With proper gusseting and/or triangulation, it is permissible to fabricate the Front Hoop from
more than one piece of tubing.
3.11.5 The top-most surface of the Front Hoop must be no lower than the top of the steering wheel
in any angular position.
3.11.6 The Front Hoop must be no more than 250 mms (9.8 inches) forward of the steering wheel.
This distance shall be measured horizontally, on the vehicle centerline, from the rear
surface of the Front Hoop to the forward most surface of the steering wheel rim with the
steering in the straight-ahead position.
3.11.7 In side view, no part of the Front Hoop can be inclined at more than twenty degrees (20°)
from the vertical.
3.12 Main Hoop Bracing
3.12.1 Main Hoop braces must be constructed of closed section steel tubing per Rule 3.3.1.
3.12.2 The use of aluminum alloys, titanium alloys or composite materials for the Main Hoop
braces is prohibited.
3.12.3 The Main Hoop must be supported by two braces extending in the forward or rearward
direction on both the left and right sides of the Main Hoop.
3.12.4 In the side view of the Frame, the Main Hoop and the Main Hoop braces must not lie on the
same side of the vertical line through the top of the Main Hoop, i.e. if the Main Hoop leans
forward, the braces must be forward of the Main Hoop, and if the Main Hoop leans
rearward, the braces must be rearward of the Main Hoop.
21
3.12.5 The Main Hoop braces must be attached as near as possible to the top of the Main Hoop
but not more than 160 mm (6.3 in) below the top-most surface of the Main Hoop. The
included angle formed by the Main Hoop and the Main Hoop braces must be at least thirty
degrees (30°). See Figure 3.
3.12.6 The Main Hoop braces must be straight, i.e. without any bends.
3.12.7 The attachment of the Main Hoop braces must not compromise the function of the bracing
i.e. the attachment method and supporting structure must be capable of transmitting all
loads from the Main Hoop into the Major Structure of the Frame without failing. The braces
must transmit this load directly through a properly triangulated structure back to the bottom
of the Main Hoop. Bracing loads must not be fed solely into the engine, transmission or
differential, i.e. the bracing must terminate at a node where there is a load path back to the
Main Hoop.
3.12.8 If any item which is outside the envelope of the Primary Structure is attached to the Main
Hoop braces, then additional bracing must be added to prevent bending loads in the braces
in any rollover attitude.
3.13 Front Hoop Bracing
3.13.1 Front Hoop braces must be constructed of material per Rule 3.3.1.
3.13.2 The Front Hoop must be supported by two braces extending in the forward direction on
both the left and right sides of the Front Hoop.
3.13.3 The Front Hoop braces must be constructed such that they protect the driver’s legs and
should extend to the structure in front of the driver’s feet.
3.13.4 The Front Hoop braces must be attached as near as possible to the top of the Front Hoop
but not more than 50.8 mm (2 in) below the top-most surface of the Front Hoop. See Figure
3.
3.13.5 If the Front Hoop leans rearwards by more than 10 degrees (10°) from the vertical, it must
be supported by additional bracing to the rear. This bracing must be constructed of material
per Rule 3.3.1.
3.13.5 Monocoque construction used as Front Hoop bracing requires an approved Structural
Equivalency Form per Section 3.8.
3.14 Other Bracing Requirements
3.14.1 Where the braces are not welded to steel Frame Members, the braces must be securely
attached to the Frame using 8 mm Grade 8.8 (5/16 in Grade 5), or stronger, bolts. Mounting
plates welded to the Roll Hoop braces must be at least 2.0 mm (0.080 in) thick steel.
3.14.2 Where Main Hoop braces are attached to a monocoque structure, backup plates,
equivalent to the mounting plates, must be installed on the opposing side of the monocoque
structure such that there is no evidence of crushing of the core.
3.14.3 The attachment of the Main Hoop braces to the monocoque structure requires an approved
Structural Equivalency Form per Section 3.8. The form must demonstrate that the design is
22
equivalent to a welded frame and must include justification for the number and placement of
the bolts.
3.15
Other Side Tube Requirements
If there is a Roll Hoop brace or other frame tube alongside the driver, at the height of the
neck of any of the team’s drivers, a metal tube or piece of sheet metal must be firmly
attached to the Frame to prevent the drivers’ shoulders from passing under the roll hoop
brace or frame tube, and his/her neck contacting this brace or tube.
3.16 Mechanically Attached Roll Hoop Bracing
3.16.1 Roll Hoop bracing may be mechanically attached.
3.16.2 Any non-permanent joint at either end must be either a double-lug joint as shown in Figures
4 and 5, or a sleeved butt joint as shown in Figure 6.
3.16.3 The threaded fasteners used to secure non-permanent joints are considered critical
fasteners and must comply with Article 14.
3.16.4 No spherical rod ends are allowed.
3.16.5 For double-lug joints, each lug must be at least 4.5 mm (0.177 in) thick steel, measure 25
mm (1.0 in) minimum perpendicular to the axis of the bracing and be as short as practical
along the axis of the bracing.
3.16.6 All double-lug joints, whether fitted at the top or bottom of the tube, must include a capping
arrangement (Figures 4 & 5).
3.16.7 In a double-lug joint the pin or bolt must be 10 mm Grade 9.8 (3/8 in. Grade 8) minimum.
The attachment holes in the lugs and in the attached bracing must be a close fit with the pin
or bolt.
3.16.8 For sleeved butt joints (Figure 6), the sleeve must have a minimum length of 76 mm (3
inch), 38 mm (1.5 inch) either side of the joint, and be a close-fit around the base tubes.
The wall thickness of the sleeve must be at least that of the base tubes. The bolts must be
6 mm Grade 9.8 (1/4 inch Grade 8) minimum. The holes in the sleeves and tubes must be a
close-fit with the bolts.
3.17 Frontal Impact Structure
3.17.1 The driver’s feet must be completely contained within the Major Structure of the Frame.
While the driver’s feet are touching the pedals, in side and front views no part of the driver’s
feet can extend above or outside of the Major Structure of the Frame.
3.17.2 Forward of the Front Bulkhead must be an energy-absorbing Impact Attenuator.
3.18 Bulkhead
3.18.1 The Front Bulkhead must be constructed of closed section tubing per Rule 3.3.1.
3.18.2 The Front Bulkhead must be located forward of all non-crushable objects, e.g. batteries,
master cylinders, hydraulic reservoirs.
23
3.18.3 The Front Bulkhead must be located such that the soles of the driver’s feet, when touching
but not applying the pedals, are rearward of the bulkhead plane. (This plane is defined by
the forward-most surface of the tubing.) Adjustable pedals must be in the forward most
position.
3.18.4 Monocoque construction requires an approved Structural Equivalency Form, per Section
3.8. The form must demonstrate that the design is equivalent to a welded Frame in terms of
energy dissipation, yield and ultimate strengths in bending, buckling and tension.
3.19 Front Bulkhead Support
3.19.1 The Front Bulkhead must be securely integrated into the Frame.
3.19.2 The Front Bulkhead must be supported back to the Front Roll Hoop by a minimum of three
(3) Frame Members on each side of the vehicle with one at the top (within 50.8 mm (2
inches) of its top-most surface), one (1) at the bottom, and one (1) as a diagonal brace to
provide triangulation.
3.19.3 The triangulation must be node-to-node, with triangles being formed by the Front Bulkhead,
the diagonal and one of the other two required Front Bulkhead Support Frame Members.
3.19.4 All the Frame Members of the Front Bulkhead Support system listed above must be
constructed of closed section tubing per Section 3.3.1.
3.19.5 Monocoque construction requires an approved Structural Equivalency Form, per Section
3.8. The form must demonstrate that the design is equivalent to a welded Frame in terms of
energy dissipation, yield and ultimate strengths in bending, buckling and tension.
3.20 Impact Attenuator
3.20.1 The Impact Attenuator must be:
a. Installed forward of the Front Bulkhead.
b. At least 200 mm (7.8 in) long, with its length oriented along the fore/aft axis of the Frame.
c. At least 100 mm (3.9 in) high and 200 mm (7.8 in) wide for a minimum distance of 200
mm (7.8 in) forward of the Front Bulkhead.
d. Such that it cannot penetrate the Front Bulkhead in the event of an impact.
e. Attached securely and directly to the Front Bulkhead and not by being part of nonstructural bodywork.
3.20.2 The attachment of the Impact Attenuator must be constructed to provide an adequate load
path for transverse and vertical loads in the event of off-center and off-axis impacts.
3.20.3 The attachment of the Impact Attenuator to a monocoque structure requires an approved
“Structural Equivalency Form” per Section 3.8.
3.20.4 If the Impact Attenuator is foam filled or honeycomb, a 1.5 mm (0.060 in) solid steel or 4.0
mm (0.157 in) solid aluminum “anti-intrusion plate” must be integrated into the Impact
Attenuator. The metal plate must be the same size as the outside dimensions of the Front
Bulkhead and be bolted or welded to the Front Bulkhead.
3.20.5 If the anti-intrusion is not integral with the frame, i.e. welded, a minimum of four (4) 8 mm
Grade 8.8 (5/16 inch Grade 5) bolts must attach the Impact Attenuator to the Front
Bulkhead.
24
3.20.6 Alternative designs of the anti-intrusion plate required by 3.20.4 that do not comply with the
minimum specifications given above require an approved “Structural Equivalency Form” per
Section 3.8.
3.21 Impact Attenuator Data Requirement
3.21.1 The team must submit test data to show that their Impact Attenuator, when mounted on the
front of a vehicle with a total mass of 300 kgs (661 lbs) and run into a solid, non-yielding
impact barrier with a velocity of impact of 7.0 metres/second (23.0 ft/sec), would give an
average deceleration of the vehicle not to exceed 20 g’s, with a peak deceleration less than
or equal to 40 g’s.
3.21.2 When using acceleration data, the average deceleration must be calculated based on the
raw data. The peak deceleration can be assessed based on the raw data, and if peaks
above the 40g limit are apparent in the data, it can then be filtered with a Channel Filter
Class (CFC) 60 (100 Hz) filter per SAE Recommended Practice J211 “Instrumentation for
Impact Test”, or a 100 Hz, 3rd order, lowpass Butterworth (-3dB at 100 Hz) filter.
3.21.3 A schematic of the test method must be supplied along with photos of the attenuator before
and after testing.
3.21.4 The test piece must be presented at technical inspection for comparison to the photographs
and the attenuator fitted to the vehicle.
3.21.5 The test data and calculations must be submitted electronically in Adobe Acrobat ® format
(*.pdf file) to the address and by the date provided in the Action Deadlines provided on the
relevant competition website. This material must be a single file (text, drawings, data or
whatever you are including).
3.21.6 The Impact Attenuator Data must be named as follows:
carnumber_schoolname_competition code_IAD.pdf using the assigned car number, the
complete school name and competition code
[Example: 087_University of SAE_FSAEV_IAD.pdf]
Competition Codes are listed in Rule A – 2.6
3.21.7 Teams that submit their Impact Attenuator Data Report after the due date will be penalized
10 points per day up to a maximum of 50 points, which will be taken off the team’s Total
Score.
3.21.8 Impact Attenuator Reports will be graded by the organizers and the grades will be passed
to the Captain of the Design Event for consideration in that event.
3.22
Non-Crushable Objects
All non-crushable objects (e.g. batteries, master cylinders, hydraulic reservoirs) must be
rearward of the bulkhead. No non-crushable objects are allowed in the impact attenuator
zone.
3.23 Front Bodywork
3.23.1 Sharp edges on the forward facing bodywork or other protruding components are
prohibited.
25
3.23.2 All forward facing edges on the bodywork that could impact people, e.g. the nose, must
have forward facing radii of at least 38 mm (1.5 inches). This minimum radius must extend
to at least 45 degrees (45°) relative to the forward direction, along the top, sides and bottom
of all affected edges.
3.24
Side Impact Structure for Tube Frame Cars
The Side Impact Structure must meet the requirements listed below.
3.24.1 The Side Impact Structure for tube frame cars must be comprised of at least three (3)
tubular members located on each side of the driver while seated in the normal driving
position, as shown in Figure 7.
3.24.2 The three (3) required tubular members must be constructed of material per Section 3.3.1.
3.24.3 The locations for the three (3) required tubular members are as follows:
• The upper Side Impact Structural member must connect the Main Hoop and the Front
Hoop at a height between 300 mm (11.8 inch) and 350 mm (13.8 inch) above the
ground with a 77kg (170 pound) driver seated in the normal driving position. The upper
frame rail may be used as this member if it meets the height, diameter and thickness
requirements.
• The lower Side Impact Structural member must connect the bottom of the Main Hoop
and the bottom of the Front Hoop. The lower frame rail/frame member may be this
member if it meets the diameter and wall thickness requirements.
• The diagonal Side Impact Structural member must connect the upper and lower Side
Impact Structural members forward of the Main Hoop and rearward of the Front Hoop.
3.24.4 With proper gusseting and/or triangulation, it is permissible to fabricate the Side Impact
Structural members from more than one piece of tubing.
3.24.5 Alternative geometry that does not comply with the minimum requirements given above
requires an approved “Structural Equivalency Form” per Rule 3.8.
3.25 Side Impact Systems for Composite Monocoques
3.25.1 The section properties of the sides of the vehicle meet or exceed the structural
requirements for tube frame cars and must reflect impact considerations. Non-structural
bodies or skins alone are not adequate.
3.25.2 Teams building composite monocoque bodies must submit the “Structural Equivalency
Form” per Section 3.8. Submitted information should include: material type(s), cloth
weights, resin type, fiber orientation, number or layers, core material, and lay-up technique.
3.26 Side Impact Systems for Metal Monocoques
3.26.1 These structures must meet the same requirements as tube frames and composite
monocoque.
3.26.2 Teams building metal monocoque bodies must submit the “Structural Equivalency Form”
per Section 3.8.
3.27 Inspection Holes
3.27.1 To allow the verification of tubing wall thicknesses, 4.5 mm (0.18 inch) inspection holes
must be drilled in a non-critical location of both the Main Hoop and the Front Hoop.
26
3.27.2 In addition, the Technical Inspectors may check the compliance of other tubes that have
minimum dimensions specified. This may be done by the use of ultra sonic testing or by the
drilling of additional inspection holes at the inspector’s request.
3.27.3 Inspection holes must be located so that the outside diameter can be measured ACROSS
the inspection hole with a vernier caliper, i.e. there must be access for the vernier caliper to
the inspection hole and to the outside of the tube one hundred eighty degrees (180°) from
the inspection hole.
ARTICLE 4:
COCKPIT
4.1
4.1.1
Cockpit Opening
In order to ensure that the opening giving access to the cockpit is of adequate size, a
template shown in Figure 8 will be inserted into the cockpit opening. It will be held
horizontally and inserted vertically until it has passed below the top bar of the Side Impact
Structure (or until it is 350 mm above the ground for monocoque cars).
4.1.2
During this test, the steering wheel, steering column, seat and all padding may be removed.
4.2
4.2.1
Cockpit Internal Cross Section:
A free vertical cross section, which allows the template shown in Figure 9 to be passed
horizontally through the cockpit to a point 100 mm (4 inches) rearwards of the face of the
rearmost pedal when in the inoperative position, must be maintained over its entire length.
4.2.2
The only things that may encroach on this area are the steering wheel, steering column and
any padding that is required by Rule 5.7 “Driver’s Leg Protection”.
4.2.3
For 2009, teams whose cars do not comply with 4.1 or 4.2 will have 35 points deducted
from their Design Event score.
4.3
Driver’s Seat
The lowest point of the driver’s seat must be no lower than the bottom surface of the lower
frame rails or by having a longitudinal tube (or tubes) that meets the requirements for Side
Impact tubing, passing underneath the lowest point of the seat.
4.4
Floor Close-out
All vehicles must have a floor closeout made of one or more panels, which separate the
driver from the pavement. If multiple panels are used, gaps between panels are not to
exceed 3 mm (1/8 inch). The closeout must extend from the foot area to the firewall and
prevent track debris from entering the car. The panels must be made of a solid, non-brittle
material.
4.5
4.5.1
Firewall
A firewall must separate the driver compartment from all components of the fuel supply, the
engine oil and the liquid cooling systems. It must protect the neck of the tallest driver. It
must extend sufficiently far upwards and/or rearwards such that any point less than 100 mm
(4 ins.) above the bottom of the helmet of the tallest driver shall not be in direct line of sight
with any part of the fuel system, the cooling system or the engine oil system.
4.5.2
The firewall must be a non-permeable surface made from a fire resistant material.
27
4.5.3
Pass-throughs for wiring, cables, etc. are allowable if grommets are used to seal the passthroughs. Also, multiple panels may be used to form the firewall but must be sealed at the
joints.
4.6
Accessibility of Controls
All vehicle controls, including the shifter, must be operated from inside the cockpit without
any part of the driver, e.g. hands, arms or elbows, being outside the planes of the Side
Impact Structure defined in Rule 3.24, 3.25, and 3.26.
4.7
4.7.1
Driver Visibility
General Requirement
The driver must have adequate visibility to the front and sides of the car. With the driver
seated in a normal driving position he/she must have a minimum field of vision of 200
degrees (200°) (a minimum 100 (100°) degrees to either side of the driver). The required
visibility may be obtained by the driver turning his/her head and/or the use of mirrors.
4.7.2
Mirrors
If mirrors are required to meet Rule 4.7.1, they must remain in place and adjusted to enable
the required visibility throughout all dynamic events.
4.8
Driver Egress
All drivers must be able to exit to the side of the vehicle in no more than 5 seconds. Egress
time begins with the driver in the fully seated position, hands in driving position on the
connected steering wheel and wearing the required driver equipment. Egress time will stop
when the driver has both feet on the pavement.
ARTICLE 5:
DRIVERS EQUIPMENT (BELTS AND COCKPIT PADDING)
5.1
5.1.1
Belts - General
All drivers must use a 5, 6 or 7 point restraint harness meeting the following specifications.
The restraint system installation is subject to approval of the Chief Technical Inspector. The
restraint system must be worn as tightly as possible at all times.
a) Material Requirements
The material of all straps must be Nylon or Dacron polyester and in new or perfect
condition. There must be a single release common to the lap belt and shoulder harness
using a metal-to-metal quick-release type latch. All driver restraint systems must meet
either SFI Specification 16.1, or FIA specification 8853/98. The belts must bear the
appropriate dated labels.
b) Harness Replacement
SFI spec harnesses must be replaced following December 31st of the 2nd year after the
date of manufacture as indicated by the label. FIA spec harnesses must be replaced
following December 31st of the year marked on the label. (Note: FIA belts are normally
certified for five (5) years from the date of manufacture.)
5.1.2
A 5-point system consists of a 76 mm (3 inch) wide lap belt, approximately 76 mm (3 inch)
wide shoulder straps and a single approximately 51 mm (2 inch) wide anti-submarine strap.
The single anti-submarine strap must have a metal-to-metal connection with the single
release common to the lap belt and shoulder harness.
28
5.1.3
A 6-point system consists of a 76 mm (3 inch) wide lap belt, approximately 76 mm (3 inch)
wide shoulder straps and two approximately 51 mm (2 inch) wide leg or anti-submarine
straps.
5.1.4
A 7 point system is the same as the 6-point except it has three (3) antisubmarine straps,
two (2) from the 6-point system and one (1) from the 5-point system. 6 and 7-point
harnesses to FIA specification 8853/98 with approximately 51 mm (2 inch) lap belts are
acceptable.
5.1.5
The double leg straps of the 6 or 7-point system may be attached to the Primary Structure,
or be attached to the lap belt so that the driver sits on them, passing them up between his
or her legs and attaching to the single release common to the lap belt and shoulder
harness. The leg straps may also be secured at a point common with the lap belt
attachment to Primary Structure, passing them under the driver and up between his or her
legs to the harness release.
5.2
5.2.1
Belt and Strap Mounting - General
The lap belt, shoulder harness and anti-submarine strap(s) must be securely mounted to
the Primary Structure. Such structure and any guide or support for the belts must meet the
minimum requirements of 3.3.1.
5.2.2
The attachment of the Driver’s Restraint System to a monocoque structure requires an
approved Structural Equivalency Form per Rule 3.8.
5.3
5.3.1
Lap Belt Mounting
The lap belt must pass around the pelvic area below the Anterior Superior Iliac Spines (the
hip bones). Under no condition may the lap belt be worn over the area of the intestines or
abdomen.
5.3.2
The lap belts should come through the seat at the bottom of the sides of the seat to
maximize the wrap of the pelvic surface and continue in a straight line to the anchorage
point.
5.3.3
In side view, the lap belt must be at an angle of between 45 degrees (45°) and 65 degrees
(65°) to the horizontal. This means that the centerline of the lap belt at the seat bottom
should be between 0 - 76 mm (0 - 3 inches) forward of the seat back to seat bottom
junction. (See Figure 10).
5.3.4
To fit drivers of differing statures correctly, in side view, the lap belt must be capable of
pivoting freely by using either a shouldered bolt or an eye bolt attachment, i.e. mounting lap
belts by wrapping them around frame tubes is no longer acceptable.
5.3.5
The lap belts should not be routed over the sides of the seat. The seat must be rolled or
grommeted to prevent chafing of the belts.
5.4
5.4.1
Shoulder Harness
The shoulder harness must be the over-the-shoulder type. Only separate shoulder straps
are permitted (i.e. “Y”-type shoulder straps are not allowed). The “H”-type configuration is
allowed.
29
5.4.2
It is mandatory that the shoulder harness, where it passes over the shoulders, be 76 mm (3
inch) wide, except as noted below. The shoulder harness straps must be threaded through
the three bar adjusters in accordance with manufacturers instructions.
5.4.3
When the HANS device is used by the driver, FIA certified 51 mm (2 inch) wide shoulder
harnesses are allowed. Should a driver, at anytime not utilize the HANS device, then 76
mm (3 inch) wide shoulder harnesses are required.
5.4.4
The shoulder harness must be mounted behind the driver to structure that meets the
requirements of 3.3.1. However, it cannot be mounted to the Main Roll Hoop Bracing or
attendant structure without additional bracing to prevent loads being transferred into the
Main Hoop Bracing.
5.4.5
If the harness is mounted to a tube that is not straight, the joints between this tube and the
structure to which it is mounted must be reinforced in side view by gussets or triangulation
tubes to prevent torsional rotation of the harness mounting tube.
5.4.6
The shoulder harness mounting points must be between 178 mm (7 inches) and 229 mm (9
inches) apart. (See Figure 11).
5.4.7
From the driver’s shoulders rearwards to the mounting point or structural guide, the
shoulder harness must be between 10 degrees (10°) above the horizontal and 20 degrees
(20°) below the horizontal. (See Figure 12).
5.5
5.5.1
Head Restraint
A head restraint must be provided on the car to limit the rearward motion of the driver’s
head.
5.5.2
The restraint must:
• Have a minimum area of 232 sq. cm (36 sq. inches),
• Be vertical or near vertical in side view.
• Be padded with an energy absorbing material such as Ethafoam® or Ensolite® with a
minimum thickness of 38 mm (1.5 inches).
• Be located so that:
− It is no more than 25 mm (1 inch) away from the back of the driver’s helmet in the
uncompressed state.
− The contact point of the back of the driver’s helmet on the head restraint is no less
than 50 mm (2 inch) from any edge of the head restraint.
5.5.3
The restraint, its attachment and mounting must be strong enough to withstand a force of
890 Newtons (200 lbs. force) applied in a rearward direction.
Notes: (1) The head restraint must meet the above requirements for all drivers.
(2) Head restraints may be changed to accommodate different drivers (see
1.2.2.d)
5.6
Roll Bar Padding
Any portion of the roll bar, roll bar bracing or frame which might be contacted by the driver’s
helmet must be covered with a minimum thickness of 12 mm (0.5 inch) of padding which
meets SFI spec 45.1 or FIA 8857-2001.
30
5.7
5.7.1
Driver’s Leg Protection
To keep the driver’s legs away from moving or sharp components, all moving suspension
and steering components, and other sharp edges inside the cockpit between the front roll
hoop and a vertical plane 100 mm (4 inches) rearward of the pedals, must be shielded with
a shield made of a solid material. Moving components include, but are not limited to
springs, shock absorbers, rocker arms, anti-roll/sway bars, steering racks and steering
column CV joints.
5.7.2
Covers over suspension and steering components must be removable to allow inspection of
the mounting points.
ARTICLE 6:
GENERAL CHASSIS RULES
6.1
6.1.1
Suspension
The car must be equipped with a fully operational suspension system with shock absorbers,
front and rear, with usable wheel travel of at least 50.8 mm (2 inches), 25.4 mm (1 inch)
jounce and 25.4 mm (1 inch) rebound, with driver seated. The judges reserve the right to
disqualify cars which do not represent a serious attempt at an operational suspension
system or which demonstrate handling inappropriate for an autocross circuit.
6.1.2
All suspension mounting points must be visible at Technical Inspection, either by direct view
or by removing any covers.
6.2
Ground Clearance
The ground clearance must be sufficient to prevent any portion of the car (other than tires)
from touching the ground during track events, and with the driver aboard there must be a
minimum of 25.4 mm (1 inch) of static ground clearance under the complete car at all times.
6.3
6.3.1
Wheels
The wheels of the car must be 203.2 mm (8.0 inches) or more in diameter.
6.3.2
Any wheel mounting system that uses a single retaining nut must incorporate a device to
retain the nut and the wheel in the event that the nut loosens.
6.4
6.4.1
Tires
Vehicles may have two types of tires as follows:
• Dry Tires – The tires on the vehicle when it is presented for technical inspection are
defined as its “Dry Tires”. The dry tires may be any size or type. They may be slicks or
treaded.
• Rain Tires – Rain tires may be any size or type of treaded or grooved tire provided:
1) The tread pattern or grooves were molded in by the tire manufacturer, or were cut
by the tire manufacturer or his appointed agent. Any grooves that have been cut
must have documentary proof that it was done in accordance with these rules.
2) There is a minimum tread depth of 2.4 mms (3/32 inch).
Note: Hand cutting, grooving or modification of the tires by the teams is specifically
prohibited.
31
6.4.2
Within each tire set, the tire compound or size, or wheel type or size may not be changed
after static judging has begun. Tire warmers are not allowed. No traction enhancers may be
applied to the tires after the static judging has begun.
6.5
6.5.1
Steering
The steering system must affect at least two (2) wheels.
6.5.2
The steering system must have positive steering stops that prevent the steering linkages
from locking up (the inversion of a four-bar linkage at one of the pivots). The stops may be
placed on the uprights or on the rack and must prevent the tires from contacting
suspension, body, or frame members during the track events.
6.5.3
Allowable steering system free play is limited to 7 degrees total measured at the steering
wheel.
6.5.4
Rear wheel steering is permitted only if mechanical stops limit the turn angle of the rear
wheels to ± 3 degrees from the straight ahead position.
6.5.5
The steering wheel must be mechanically connected to the front wheels, i.e. “steer-by-wire”
of the front wheels is prohibited.
6.5.6
The steering wheel must be attached to the column with a quick disconnect. The driver
must be able to operate the quick disconnect while in the normal driving position with
gloves on.
6.5.7
The steering wheel must have a continuous perimeter that is near circular or near
oval, i.e. the outer perimeter profile can have some straight sections, but no concave
sections. “H”, “Figure 8”, or cutout wheels are not allowed.
6.6
6.6.1
Jacking Point
A jacking point, which is capable of supporting the car’s weight and of engaging the
organizers’ “quick jacks”, must be provided at the very rear of the car.
6.6.2
The jacking point is required to be:
• Visible to a person standing 1 metre (3 feet) behind the car.
• Painted orange.
• Oriented horizontally and perpendicular to the centerline of the car
• Made from round, 25 – 29 mm (1 – 1 1/8 inch) O.D. aluminum or steel tube
• A minimum of 300 mm (12 inches) long
• Exposed around the lower 180 degrees of its circumference over a minimum length of
280 mm (11 in)
• The height of the tube is required to be such that:
− There is a minimum of 75 mm (3 in) clearance from the bottom of the tube to the
ground measured at tech inspection.
− With the bottom of the tube 200 mm (7.9 in) above ground, the wheels do not touch
the ground when they are in full rebound.
6.7
6.7.1
Rollover Stability
The track and center of gravity of the car must combine to provide adequate rollover
stability.
32
6.7.2
Rollover stability will be evaluated on a tilt table using a pass/fail test. The vehicle must not
roll when tilted at an angle of 60 degrees (60°) to the horizontal in either direction,
corresponding to 1.7 G’s. The tilt test will be conducted with the tallest driver in the normal
driving position.
ARTICLE 7:
BRAKE SYSTEM
7.1
Brake System - General
The car must be equipped with a braking system that acts on all four wheels and is
operated by a single control.
7.1.1
It must have two independent hydraulic circuits such that in the case of a leak or failure at
any point in the system, effective braking power is maintained on at least two wheels. Each
hydraulic circuit must have its own fluid reserve, either by the use of separate reservoirs or
by the use of a dammed, OEM-style reservoir.
7.1.2
A single brake acting on a limited-slip differential is acceptable.
7.1.3
The brake system must be capable of locking all four (4) wheels during the test specified
below.
7.1.4
“Brake-by-wire” systems are prohibited.
7.1.5
Unarmored plastic brake lines are prohibited.
7.1.6
The braking systems must be protected with scatter shields from failure of the drive train
(see 8.13) or from minor collisions.
7.1.7
In side view no portion of the brake system that is mounted on the sprung part of the car
can project below the lower surface of the frame or the monocoque, whichever is
applicable.
7.2
Brake Test
The brake system will be dynamically tested and must demonstrate the capability of locking
all four (4) wheels and stopping the vehicle in a straight line at the end of an acceleration
run specified by the brake inspectors.
7.3
7.3.1
Brake Over-Travel Switch
A brake pedal over-travel switch must be installed on the car. This switch must be installed
so that in the event of brake system failure such that the brake pedal over travels, the
switch will be activated and will stop the engine from running. This switch must kill the
ignition and cut the power to any electrical fuel pumps.
7.3.2
Repeated actuation of the switch must not restore power to these components, and it must
be designed so that the driver cannot reset it.
7.3.3
The switch must be implemented with analog components, and not through recourse to
programmable logic controllers, engine control units, or similar functioning digital
controllers.
33
7.4
7.4.1
Brake Light
The car must be equipped with a red brake light of at least 15 watts, or equivalent, clearly
visible from the rear. If an LED brake light is used, it must be clearly visible in very bright
sunlight.
7.4.2
This light must be mounted between the wheel centerline and driver’s shoulder level
vertically and approximately on vehicle centerline laterally.
ARTICLE 8:
POWERTRAIN
8.1
8.1.1
Engine Limitation
The engine(s) used to power the car must be four-stroke piston engine(s) with a
displacement not exceeding 610 cc per cycle.
8.1.2
The engine can be modified within the restrictions of the rules.
8.1.3
If more than one engine is used, the total displacement can not exceed 610 cc and the air
for all engines must pass through a single air intake restrictor (see 8.6, “Intake System
Restrictor.”)
8.1.4
Hybrid powertrains utilizing on-board energy storage are not allowed.
8.2
Engine Inspection
The organizer will measure or tear down a substantial number of engines to confirm
conformance to the rules. The initial measurement will be made externally with a
measurement accuracy of one (1) percent. When installed to and coaxially with spark plug
hole, the measurement tool has dimensions of 381 mm (15 inches) long and 30 mm (1.2
inches) diameter. Teams may choose to design in access space for this tool above each
spark plug hole to reduce time should their vehicle be inspected.
8.3
Starter
Each car must be equipped with an on-board starter, and be able to start without any
outside assistance at any time during the competition.
8.4
8.4.1
Air Intake System
Air Intake System Location
All parts of the engine air and fuel control systems (including the throttle or carburetor, and
the complete air intake system, including the air cleaner and any air boxes) must lie within
the surface defined by the top of the roll bar and the outside edge of the four tires. (See
Figure 13).
8.4.2
Any portion of the air intake system that is less than 350 mm (13.8 inches) above the
ground must be shielded from side or rear impact collisions by structure built to Rule 3.24,
3.25, or 3.26 as applicable.
8.5
8.5.1
Throttle and Throttle Actuation
Carburetor/Throttle Body
The car must be equipped with a carburetor or throttle body. The carburetor or throttle body
may be of any size or design.
34
8.5.2
Throttle Actuation
The throttle must be actuated mechanically, i.e. via a cable or a rod system. The use of
electronic throttle control (ETC) or “drive-by-wire” is prohibited.
8.5.3
The throttle cable or rod must have smooth operation, and must not have the possibility of
binding or sticking.
8.5.4
The throttle actuation system must use at least two (2) return springs located at the throttle
body, so that the failure of any component of the throttle system will not prevent the throttle
returning to the closed position.
Note: Throttle Position Sensors (TPS) are NOT acceptable as return springs.
8.5.5
Throttle cables must be at least 50.8 mm (2 inches) from any exhaust system component
and out of the exhaust stream.
8.5.6
A positive pedal stop must be incorporated on the throttle pedal to prevent over stressing
the throttle cable or actuation system.
8.6
8.6.1
Intake System Restrictor
In order to limit the power capability from the engine, a single circular restrictor must be
placed in the intake system between the throttle and the engine and all engine airflow must
pass through the restrictor.
8.6.2
Any device that has the ability to throttle the engine downstream of the restrictor is
prohibited.
8.6.3
The maximum restrictor diameters are:
− Gasoline fueled cars - 20.0 mm (0.7874 inch)
− E-85 fueled cars – 19.0 mm (0.7480 inch)
8.6.4
The restrictor must be located to facilitate measurement during the inspection process.
8.6.5
The circular restricting cross section may NOT be movable or flexible in any way, e.g. the
restrictor may not be part of the movable portion of a barrel throttle body.
8.6.6
If more than one engine is used, the intake air for all engines must pass through the one
restrictor.
8.7
8.7.1
Turbochargers & Superchargers
Turbochargers or superchargers are allowed if the competition team designs the
application. Engines that have been designed for and originally come equipped with a
turbocharger are not allowed to compete with the turbo installed.
8.7.2
The restrictor must be placed upstream of the compressor but after the carburetor or
throttle valve. Thus, the only sequence allowed is throttle, restrictor, compressor, engine.
8.7.3
The intake air may be cooled with an intercooler (a charge air cooler). Only ambient air may
be used to remove heat from the intercooler system. Air-to-air and water-to air intercoolers
are permitted. The coolant of a water-to-air intercooler system must comply with Rule 8.10.
35
8.8
8.8.1
Fuel Lines
Plastic fuel lines between the fuel tank and the engine (supply and return) are prohibited.
8.8.2
If rubber fuel line or hose is used, the components over which the hose is clamped must
have annular bulb or barbed fittings to retain the hose. Also, clamps specifically designed
for fuel lines must be used. These clamps have three (3) important features, (i) a full 360
degree (360°) wrap, (ii) a nut and bolt system for tightening, and (iii) rolled edges to prevent
the clamp cutting into the hose. Worm-gear type hose clamps are not approved for use on
any fuel line.
8.8.3
Fuel lines must be securely attached to the vehicle and/or engine.
8.8.4
All fuel lines must be shielded from possible rotating equipment failure or collision damage.
8.9
Fuel Injection System Requirements
The following requirements apply to fuel injection systems.
8.9.1
Fuel Lines – Flexible fuel lines must be either (i) metal braided hose with either crimped-on
or reusable, threaded fittings, or (ii) reinforced rubber hose with some form of abrasion
resistant protection with fuel line clamps per 8.8.2. Note: Hose clamps over metal braided
hose will not be accepted.
8.9.2
Fuel Rail – The fuel rail must be securely attached to the engine cylinder block, cylinder
head, or intake manifold with brackets and mechanical fasteners. This precludes the use of
hose clamps, plastic ties, or safety wire.
8.9.3
Intake Manifold – The intake manifold must be securely attached to the engine block or
cylinder head with brackets and mechanical fasteners. This precludes the use of hose
clamps, plastic ties, or safety wires. The use of rubber bushings or hose is acceptable for
creating and sealing air passages, but is not considered a structural attachment.
8.10
Coolant Fluid Limitations
Water-cooled engines must only use plain water, or water with cooling system rust and
corrosion inhibitor at no more than 0.015 liters per liter of plain water. Glycol-based
antifreeze or water pump lubricants of any kind are strictly prohibited.
8.11 System Sealing
8.11.1 The engine and transmission must be sealed to prevent leakage.
8.11.2 Separate catch cans must be employed to retain fluids from any vents for the coolant
system or the crankcase or engine lubrication system. Each catch-can must have a
minimum volume of ten (10) percent of the fluid being contained or 0.9 liter (one U.S. quart)
whichever is greater.
8.11.3 Catch cans must be capable of containing boiling water without deformation, and be located
rearwards of the firewall below driver’s shoulder level. They must have a vent with a
minimum diameter of 3 mm (1/8 inch) with the vent pointing away from the driver.
8.11.4 Any crankcase or engine lubrication vent lines routed to the intake system must be
connected upstream of the intake system restrictor.
36
8.12
Transmission and Drive
Any transmission and drivetrain may be used.
8.13 Drive Train Shields and Guards
8.13.1 Exposed high-speed equipment, such as torque converters, clutches, belt drives and clutch
drives, must be fitted with scatter shields in case of failure.
8.13.2 Scatter shields for chains or belts must not be made of perforated material.
8.13.3 Chain drive - Scatter shields for chains must be made of at least 2.66 mm (0.105 inch) steel
(no alternatives are allowed), and have a minimum width equal to three (3) times the width
of the chain.
8.13.4 Belt drive - Scatter shields for belts must be made from at least 3.0 mm (0.120 inch)
Aluminum Alloy 6061-T6, and have a minimum width that is equal to the belt width plus
35% on each side of the belt (1.7 times the width of the belt).
8.13.5 Attachment Fasteners - All fasteners attaching scatter shields and guards must be a
minimum 6mm grade M8.8 (1/4 inch SAE grade 5).
8.13.6 Attached shields and guards must be mounted so that they remain laterally aligned with the
chain or belt under all conditions.
8.13.7 Finger Guards – Finger guards may be made of lighter material.
ARTICLE 9:
FUEL AND FUEL SYSTEM
9.1
Fuel
The basic fuel available at competitions in the Formula SAE Series is unleaded gasoline
with an octane rating of 93 (R+M)/2 (approximately 98 RON). Other fuels may be available
at the discretion of the organizing body.
9.1.1
Unless otherwise announced by the individual organizing body, the fuel at competitions in
the Formula SAE Series will be provided by the organizer.
9.1.2
During all performance events the cars must be operated with the fuels provided by the
organizer at the competition.
9.1.3
Nothing may be added to the provided fuels. This prohibition includes nitrous oxide or any
other oxidizing agent.
Note: Teams are advised that the fuel supplied in the United States is subject to various
federal and state regulations and may contain up to ten percent (10%) ethanol. The exact
chemical composition and physical characteristics of the available fuel may not be known
prior to the competition.
Consult the individual competition websites for fuel types and other information.
37
9.2
9.2.1
Fuel Additives - Prohibited
No agents other than fuel (gasoline or E85), and air may be induced into the combustion
chamber. Non-adherence to this rule will be reason for disqualification.
9.2.2
Officials have the right to inspect the oil.
9.3
Fuel Temperature Changes - Prohibited
The temperature of fuel introduced into the fuel system may not be changed with the intent
to improve calculated fuel economy.
9.4
9.4.1
Fuel Tanks
The fuel tank is defined as that part of the fuel containment device that is in contact with the
fuel. It may be made of a rigid material or a flexible material.
9.4.2
Fuel tanks made of a rigid material cannot be used to carry structural loads, e.g. from roll
hoops, suspension, engine or gearbox mounts, and must be securely attached to the
vehicle structure with mountings that allow some flexibility such that chassis flex cannot
unintentionally load the fuel tank.
9.4.3
Any fuel tank that is made from a flexible material, for example a bladder fuel cell or a bag
tank, must be enclosed within a rigid fuel tank container which is securely attached to the
vehicle structure. Fuel tank containers (containing a bladder fuel cell or bag tank) may be
load carrying.
9.4.4
Any size fuel tank may be used.
9.4.5
The fuel system must have a provision for emptying the fuel tank if required.
9.5
9.5.1
Fuel System Location Requirements
All parts of the fuel storage and supply system must lie within the surface defined by the top
of the roll bar and the outside edge of the four tires. (See Figure 13).
9.5.2
All fuel tanks must be shielded from side or rear impact collisions. Any fuel tank which is
located outside the Side Impact Structure required by 3.24, 3.25, or 3.26 must be shielded
by structure built to 3.24, 3.26, or 3.26.
9.5.3
A firewall must be incorporated to separate the fuel tank from the driver, per Rule 4.5.
9.6
9.6.1
Fuel Tank Filler Neck & Sight Tube
All fuel tanks must have a filler neck:
(a) at least 38 mm (1.5 inches) diameter,
(b) at least 125 mm (4.9 inches) vertical height and
(c) angled at no more than 45 degrees (45°) from the vertical.
9.6.2
The 125 mm of vertical height must be above the top level of the tank, and must be
accompanied by a clear fuel resistant sight tube for reading the fuel level. (Figure 14).
9.6.3
The sight tube must have at least 75 mm (3 inches) of vertical height and a minimum inside
diameter of 6 mm (0.25 inches).
9.6.4
The sight tube must not run below the top surface of the fuel tank.
38
9.6.5
A clear filler tube may be used as a sight tube, subject to approval by the Rules Committee
or technical inspectors at the event.
9.6.6
A permanent, non-moveable fuel level line must be located between 12.7 mm and 25.4 mm
(0.5 inch and 1 inch) below the top of the sight tube. This line will be used as the fill line for
the Tilt Test (Rule 9.9), and before and after the Endurance Test to measure the amount of
fuel used during the Endurance Event.
9.6.7
The sight tube and fuel level line must be clearly visible to an individual filling the tank.
9.7
9.7.1
Tank Filling Requirement
The tank must be capable of being filled to capacity without manipulating the tank or vehicle
in any way (shaking vehicle, etc.).
9.7.2
The fuel system must be designed such that the spillage during refueling cannot contact the
driver position, exhaust system, hot engine parts, or the ignition system.
9.7.3
Belly pans must be vented to prevent accumulation of fuel.
9.8
9.8.1
Venting Systems
The fuel tank and carburetor venting systems must be designed such that fuel cannot spill
during hard cornering or acceleration. This is a concern since motorcycle carburetors
normally are not designed for lateral accelerations.
9.8.2
All fuel vent lines must be equipped with a check valve to prevent fuel leakage when the
tank is inverted. All fuel vent lines must exit outside the bodywork.
9.9
9.9.1
Fuel System Integrity – Tilt Test
Tilt Test - Fuel and Fluids
During technical inspection, the car must be capable of being tilted to a 45 degree (45°)
angle without leaking fuel or fluid of any type.
9.9.2
The tilt test will be conducted with the vehicle containing the maximum amount of fluids it
will carry during any test or event.
ARTICLE 10: EXHAUST SYSTEM AND NOISE CONTROL
10.1
Exhaust System General
The car must be equipped with a muffler in the exhaust system to reduce the noise to an
acceptable level.
10.1.1 Exhaust Outlet
The exhaust must be routed so that the driver is not subjected to fumes at any speed
considering the draft of the car.
10.1.2 The exhaust outlet(s) must not extend more than 60 cm (23.6 inches) behind the centerline
of the rear axle, and shall be no more than 60 cm (23.6 inches) above the ground.
39
10.1.3 Any exhaust components (headers, mufflers, etc.) that protrude from the side of the body in
front of the main roll hoop must be shielded to prevent contact by persons approaching the
car or a driver exiting the car.
10.2 Noise Measuring Procedure
10.2.1 The sound level will be measured during a static test. Measurements will be made with a
free-field microphone placed free from obstructions at the exhaust outlet level, 0.5 m (19.68
inches) from the end of the exhaust outlet, at an angle of 45 degrees (45°) with the outlet in
the horizontal plane. The test will be run with the gearbox in neutral at the engine speed
defined below. Where more than one exhaust outlet is present, the test will be repeated for
each exhaust and the highest reading will be used.
10.2.2 The car must be compliant at all engine speeds up to the test speed defined below.
10.2.3 If the exhaust has any form of movable tuning or throttling device or system, it must be
compliant with the device or system in all positions. The position of the device must be
visible to the officials for the noise test and must be manually operable by the officials
during the noise test.
10.2.4 Test Speeds
The test speed for a given engine will be the engine speed that corresponds to an average
piston speed of 914.4 m/min (3,000 ft/min) for automotive or motorcycle engines, and 731.5
m/min (2,400 ft/min) for “industrial engines”. The calculated speed will be rounded to the
nearest 500 rpm. The test speeds for typical engines will be published by the organizers.
An “industrial engine” is defined as an engine which, according to the manufacturers
specifications and without the required restrictor, is not capable of producing more than 5
hp per 100cc. To have an engine classified as “an industrial engine”, approval must be
obtained from organizers prior to the Competition.
10.3
Maximum Sound Level
The maximum permitted sound level is 110 dBA, fast weighting.
10.4
Noise Level Re-testing
At the option of the officials, noise can be measured at any time during the competition. If a
car fails the noise test, it will be withheld from the competition until it has been modified and
re-passes the noise test.
ARTICLE 11: ELECTRICAL SYSTEM
11.1 Master Switches
11.1.1 The vehicle must be equipped with two (2) master switches. Actuating either switch must
stop the engine.
11.1.2 The international electrical symbol consisting of a red spark on a white-edged blue triangle
must be affixed in close proximity to each switch.
Note: Teams are reminded that any alternator field wire must also be disabled by each
master switch to prevent any possible feedback through the field coil circuit.
40
11.2 Primary Master Switch
11.2.1 The primary master switch must:
a. Be located on the (driver’s) right side of the vehicle, in proximity to the Main Hoop, at
shoulder height and be easily actuated from outside the car.
b. Disable power to ALL electrical circuits, including the battery, alternator, lights, fuel
pump(s), ignition and electrical controls.
c. All battery current must flow through this switch.
d. Be of a rotary type and must be direct acting, i.e. it cannot act through a relay.
An example of a typical switch that meets these requirements is shown below.
11.2.2 The “OFF” position of the primary master switch must be clearly marked.
11.3 Cockpit-mounted Master Switch
11.3.1 The cockpit-mounted master switch:
a. Must be located to provide easy actuation by the driver in an emergency or panic
situation.
b. Must be located within easy reach of the belted-in driver, alongside the steering wheel,
and unobstructed by the steering wheel or any other part of the car. It is suggested that
it be placed on the same side of the steering wheel as the shifter mechanism.
c. Must be a push/pull Emergency switch. The switch must be installed such that:
i. From the ON position, pushing on the switch will disable power to the ignition and all
fuel pumps, and
ii. From the OFF position, pulling on the switch will enable power to the ignition and
fuel pump(s). Switches that require a twist or twist and pull to enable power are
acceptable.
d. May act through a relay.
Examples of typical switches that meet these requirements are shown below.
41
11.4 Batteries
11.4.1 All batteries, i.e. on-board power supplies, must be attached securely to the frame.
11.4.2 Any wet-cell battery located in the driver compartment must be enclosed in a nonconductive
marine-type container or equivalent.
11.4.3 The hot terminal must be insulated on all cars.
ARTICLE 12: AERODYNAMIC DEVICES
12.1
Aero Dynamics and Ground Effects - General
All aerodynamic devices must satisfy the following requirements:
12.2 Location
12.2.1 In plan view, no part of any aerodynamic device, wing, under tray or splitter can be:
a. Further forward than 460 mm (18 inches) forward of the fronts of the front tires
b. No further rearward than the rear of the rear tires.
c. No wider than the outside of the front tires measured at the height of the front hubs.
12.3 Minimum Radii of Edges of Aerodynamic Devices
12.3.1 All wing leading edges must have a minimum radius 12.7 mm (0.5 inch). Wing leading
edges must be as blunt or blunter than the required radii for an arc of plus or minus 45
degrees (± 45°) centered on a plane parallel to the ground or similar reference plane for all
incidence angles which lie within the range of adjustment of the wing or wing element. If
leading edge slats or slots are used, both the fronts of the slats or slots and of the main
body of the wings must meet the minimum radius rules.
12.3.2 Other Edge Radii Limitations - All wing edges, end plates, Gurney flaps, wicker bills,
splitters undertrays and any other wing accessories must have minimum edge radii of at
least 3 mm (1/8 inch) i.e., this means at least a 6 mm (1/4 inch) thick edge.
12.3.3 Wing Edge Restrictions - No small radius edges may be included anywhere on the wings in
such a way that would violate the intent of these rules (e.g. vortex generators with thin
edges, sharp square corners on end plates, etc.).
12.4
Ground Effect Devices – No power device may be used to move or remove air from under
the vehicle except fans designed exclusively for cooling. Power ground effects are
prohibited.
12.5 Driver Egress Requirements
12.5.1 Egress from the vehicle within the time set in Rule 4.8 “Driver Egress,” must not require any
movement of the wing or wings or their mountings.
12.5.2 The wing or wings must be mounted in such positions, and sturdily enough, that any
accident is unlikely to deform the wings or their mountings in such a way to block the
driver’s egress.
42
ARTICLE 13: COMPRESSED GAS SYTEMS AND HIGH PRESSURE HYDRAULICS
13.1
Compressed Gas Cylinders and Lines
Any system on the vehicle that uses a compressed gas as an actuating medium must
comply with the following requirements:
a. Working Gas-The working gas must be nonflammable, e.g. air, nitrogen, carbon
dioxide.
b. Cylinder Certification- The gas cylinder/tank must be of proprietary manufacture,
designed and built for the pressure being used, certified by an accredited testing
laboratory in the country of its origin, and labeled or stamped appropriately.
c. Pressure Regulation-The pressure regulator must be mounted directly onto the gas
cylinder/tank.
d. Cylinder Location- The gas cylinder/tank and the pressure regulator must be located
within the structural portion of the Frame, but not in the cockpit or in a non-structural
side pod.
e. Cylinder Mounting- The gas cylinder/tank must be securely mounted to the Frame,
engine or transmission.
f. Cylinder Axis- The axis of the gas cylinder/tank must not point at the driver.
g. Insulation- The gas cylinder/tank must be insulated from any heat sources, e.g. the
exhaust system.
h. Lines and Fittings- The gas lines and fittings must be appropriate for the maximum
possible operating pressure of the system.
i. Protection- The gas cylinder/tank and lines must be protected from damage resulting
from the failure of rotating equipment.
13.2
High Pressure Hydraulic Pumps and Lines
The driver and anyone standing outside the car must be shielded from any hydraulic pumps
and lines (other than brake lines) by steel or aluminum shields with a minimum thickness of
1 mm (0.039 inch).
ARTICLE 14: FASTENERS
14.1
Fastener Grade Requirements
All threaded fasteners utilized in the steering, braking, driver’s harness and suspension
systems must meet or exceed, SAE Grade 5, Metric Grade 8.8 and/or AN/MS
specifications.
14.2 Securing Fasteners
14.2.1 All critical bolt, nuts, and other fasteners on the steering, braking, driver’s harness, and
suspension must be secured from unintentional loosening by the use of positive locking
mechanisms. Positive locking mechanisms include:
• Correctly installed safety wiring
• Cotter pins
• Nylon lock nuts
• Prevailing torque lock nuts
Note: Lock washers and thread locking compounds, e.g. Loctite®, DO NOT meet the
positive locking requirement.
14.2.2 There must be a minimum of two (2) full threads projecting from any lock nut.
43
14.2.3 All spherical rod ends and spherical bearings on the steering or suspension must be in
double shear or captured by having a screw/bolt head or washer with an O.D. that is larger
than spherical bearing housing I.D.
14.2.4 Adjustable tie-rod ends must be constrained with a jam nut to prevent loosening.
ARTICLE 15: TRANSPONDERS
15.1 Transponders – North American FSAE Competitions
15.1.1 Transponders will be used as part of the timing system for the dynamic events at the North
American FSAE competitions
15.1.2 Each team is responsible for having a functional, properly mounted transponder of the
specified type on their vehicle. Vehicles without a specified transponder will not be allowed
to compete in any event for which a transponder is used for timing and scoring.
15.1.3 All vehicles must be equipped with at least one AMB TranX260 Rechargeable or AMB
TranX260 Direct Power transponder.
15.2
Transponders – Events outside North America
Transponders may be used for timing and scoring at FSAE Australasia, FSAE Brazil, FSAE
Italy and Formula Student and may be provided by the competition organizers. The
transponders specified in 15.1 above for the North American FSAE competitions may or
may not be compatible with the systems used for other events. Teams should check the
individual competition websites for further details.
15.3
Transponder Mounting – All Events
The transponder mounting requirements are:
a. Orientation – The transponder must be mounted vertically and orientated so the number
can be read “right-side up”.
b. Location – The transponder must be mounted on the driver’s right side of the car
forward of the front roll hoop. The transponder must be no more than 60 cm (24 in)
above the track.
c. Obstructions – There must be an open, unobstructed line between the antenna on the
bottom of the transponder and the ground. Metal and carbon fiber may interrupt the
transponder signal. The signal will normally transmit through fiberglass and plastic. If
the signal will be obstructed by metal or carbon fiber, a 10.2 cm (4 in) diameter opening
44
can be cut, the transponder mounted flush with the opening, and the opening covered
with a material transparent to the signal.
d. Protection – Mount the transponder where it will be protected from obstacles.
ARTICLE 16: VEHICLE IDENTIFICATION
16.1 Car Number
16.1.1 Each car will be assigned a number at the time of its entry into a competition.
16.1.2 Car numbers must appear on the vehicle as follows:
a. Locations: In three (3) locations: the front and both sides;
b. Height: At least 15.24 cm (6 inch) high;
c. Font: Block numbers (i.e. sans-serif characters). Italic, outline, serif, shadow, or cursive
numbers are prohibited.
d. Stroke Width and Spacing between Numbers: At least 2.0 cm (3/4 inch).
e. Color: Either white numbers on a black background or black numbers on a white
background. No other color combinations will be approved.
f. Background shape: The number background must be one of the following: round, oval,
square or rectangular. There must be at least 2.5 cm (1 inch) between the edge of the
numbers and the edge of the background.
g. Clear: The numbers must not be obscured by parts of the car, e.g. wheels, side pods,
exhaust system, etc.
16.1.3 Car numbers for teams registered for North American FSAE competitions can be found on
the “Registered Teams” section of the relevant Formula SAE website.
Comment: Car numbers must be quickly read by course marshals when your car is moving
at speed. Make your numbers easy to see and easy to read.
Example:
16.2 School Name
16.2.1 Each car must clearly display the school name (or initials – if unique and generally
recognized) in roman characters at least 5.08cm, (2 inch) high on both sides of the vehicle.
The characters must be placed on a high contrast background in an easily visible location.
16.2.2 The school name may also appear in non-roman characters, but the roman character
version must be uppermost on the sides.
16.3
SAE Logo
The SAE logo must be displayed on the front and/or both sides of the vehicle in a prominent
location. SAE logo stickers will be provided to the teams on site.
45
16.4 Technical Inspection Sticker Space
16.4.1 Technical inspection stickers will be placed on the upper nose of the vehicle. Cars must
have a clear and unobstructed area at least 25.4 cm wide x 20.3cm high (10” x 8”) on the
upper front surface of the nose along the vehicle centerline.
16.4.2 Vehicles that are being entered into multiple competitions in the FSAE series must allow
sufficient space along the nose centerline for all inspection stickers.
ARTICLE 17: EQUIPMENT REQUIREMENTS
17.1
Driver’s Equipment
The following equipment must be worn by the driver anytime he or she is in the cockpit with
the engine running:
a. Helmet - A well-fitting, closed face helmet that meets one of the following certifications
and is labeled as such:
- Snell M2000, SA2000, M2005, K2005, SA2005
- SFI 31.2A, SFI 31.1/2005
- FIA 8860-2204
- British Standards Institution BS 6658-85 types A or A/FR rating (Type B is not
accepted)
Open faced helmets are not approved.
All helmets to be used in the competition must be presented during Technical
Inspection where approved helmets will be stickered. The organizer reserves the right
to impound all non-approved helmets until the end of the competition.
b. Suit - A fire resistant suit that covers the body from the neck down to the ankles and the
wrists. The suit must be in good condition, i.e. it must have no tears or open seams, or
oil stains that could compromise its fire resistant capability. The suit must be certified to
one of the following standards and be labeled as such:
- SFI 3-2A/1 (or higher)
- FIA Standard 1986
- FIA Standard 8856-2000
46
c. Gloves - Fire resistant gloves which are free of any holes. Leather gloves are not
acceptable.
d. Eye Protection - Goggles or face shield, made of impact resistant materials.
e. Shoes - Shoes of durable fire resistant material and which are free from any holes.
f. Arm restraints - Certified and labeled to SFI standard 3.3, or a commercially
manufactured equivalent, and worn such that the driver can release them and exit the
vehicle unassisted regardless of the vehicle’s position.
g. Hair Covering - A head, hair and neck covering (balaclava) of accepted fire resistant
material, e.g. a Nomex balaclava, or a full helmet skirt of accepted fire resistant
material. Note: This applies to ALL drivers.
h. Socks – Socks made from an accepted fire resistant material, e.g. Nomex that cover the
bare skin between the driver’s suit and the boots or shoes. Socks made from wool or
cotton is acceptable. Socks of nylon or polyester are not acceptable.
17.2 Fire Extinguishers
17.2.1 Each team must have at least two (2) 0.9 kg (2 lb.) dry chemical/dry powder or 1.75 litres
Aqueous Film Forming Foam (AFFF), fire extinguishers.
17.2.2 The following are the minimum ratings, any of which are acceptable at any Formula SAE
Series event:
− USA, Canada & Brazil: 10BC or 1A 10BC
− UK, Italy & Europe: 34B or 5A 34B
− Australia: 20BE or 1A 10BE
Extinguishers of larger capacity (higher numerical ratings) are acceptable.
17.2.3 All extinguishers must be equipped with a manufacturer installed pressure/charge gauge.
17.2.4 Except for the initial inspection, one extinguisher must readily be available in the team’s
paddock area, and the second must accompany the vehicle wherever the vehicle is moved.
Both extinguishers must be presented with the vehicle at Technical Inspection.
17.2.5 As a team option, commercially available on-board fire systems are encouraged as an
alternative to the extinguisher that accompanies the vehicle.
17.2.6 Hand held fire extinguishers are not permitted to be mounted on or in the car.
Note: Halon extinguishers and systems are prohibited.
47
ARTICLE 18: POSSIBLE FUTURE RULES CHANGES
NOTICE OF POSSIBLE RULE CHANGES FOR THE 2010 FORMULA SAE SERIES
This section is intended to provide teams with advance notice of possible changes to the
Formula SAE Rules that are being considered by the Formula SAE Rules Committee. Only
changes that may have a significant influence on a team's engineering design and
manufacturing decisions are listed. This section is provided only for information and is not
intended to be the final text of the rules under consideration.
For 2010, the Rules Committee is planning to:
• Restructure the rules covering space frames. This will not change the essential
requirements of these rules, but will make them easier to understand.
• List the expectations for composite monocoques and any chassis made with carbon
fibre tubes.
• For drivers whose helmet is under the Main Hoop, require a minimum clearance to the
underside of the Main Hoop. The proposed additional wording is:
− “In addition, either the driver’s shoulders must be forward of the Main Hoop, or there
must be a minimum of 100 mm (4 inches) vertical distance between the top of the
helmet of all the team’s drivers and of a 95th percentile male and the underside of
the Main Hoop or any padding on the underside of the Main Hoop.”
For 2010 or 2011, to improve the effectiveness of the driver’s restraint systems, the
Committee is considering following the recommendations of the FIA Institute for Motor
Sport Safety to limit the angle of the seat back to 30 degrees from the vertical. The
proposed wording would be:
“The seat back must not be inclined at more than 30 degrees to the vertical. This angle
will be measured along the line joining the centers of the two 200 mm diameter circles
of the template of the 95th percentile male as defined in 3.9.3 of the FSAE Technical
Regulations. The template will be located as defined in 3.9.4 of the FSAE Technical
Regulations.”
48
Annexe 2 : Théorie sur la suspension
95
Angles des roues
Lorsqu’il est question de suspension, les trois paramètres angulaires qu’il faudra tenter
d’optimiser sont le carrossage ( camber ), la chasse ( caster ) et le parallélisme (toe), en plus de
l’angle de la cheville ouvrière, qui est un paramètre relié à la fois à la suspension et à la
direction. [1] [2]
La chasse
La chasse est l’angle qui est donné à l’axe de rotation de la roue par rapport à la verticale, en
regardant la voiture de côté. Ceci peut être vu à la figure 1.
Figure 1 : Le caster, la convention
Un angle de chasse positif est généralement donné. Cela réduit réduit sa tendance à louvoyer.
C’est-à-dire qu’il augmente sa capacité à rester en ligne droite. Cependant, l’augmentation de
la chasse augmente la force nécessaire pour faire tourner la voiture. Ce phénomène peut être
contré en utilisant une direction assistée (power steering). Finalement, la chasse entraîne une
augmentation du carrossage dans les virages, ce qui offre un avantage dans les virages.
Le parallélisme
Le parallélisme est, sur les autos de tous les jours, le seul paramètre qu’il est possible de
modifier. On y réfère souvent comme « l’alignement » de la voiture. Le parallélisme est
l’angle qui, lorsque la voiture est vue de haut, fait pointer les roues vers l’intérieur ou vers
l’extérieur. On parle alors de pincement ( toe-in) ou d’ouverture ( toe-out ) de la suspension.
La figure 2 montre ce que signifie chacun de ces termes.
Figure 2: Le parallélisme, la convention
Ces réglages affectent trois aspects de la performance de la voiture : L’usure des pneus, la
stabilité en ligne droite et la facilité d’entrée dans les courbes.
Pour minimiser l’usure des pneus, il faudrait s’assurer d’avoir des roues droites, c’est-à-dire
sans pincement ni ouverture. C’est le critère le moins important pour une voiture de course de
faible puissance comme la nôtre.
Pour avoir une bonne stabilité en ligne droite, il est nécessaire d’avoir une suspension en
pincement. C’est ce réglage qui est généralement utilisé sur les voitures de tous les jours. Avec
cette configuration, lorsqu’une roue rencontre une perturbation, la voiture ne cherche pas à
perdre la rectitude de son tracé.
Pour avoir une agilité en entrée de virages, c’est une configuration en ouverture qui est utilisée.
Dans cette configuration, une perturbation de la route causera la perte de la rectitude du tracé
de la voiture. Cela serait très dérangeant dans une voiture ordinaire, mais un pilote de course
peut jongler avec ce désavantage. L’avantage est que justement, une petite entrée au niveau du
volant permet une bonne réponse au niveau du virage.
Lorsque la voiture est mise en mouvement, il est important de savoir que le moment transféré
aux roues cherchera à faire pincer les roues. Les roues non-motorisées chercheront, quant à
elles, à s’ouvrir.
Le carrossage
Le carrossage est l’angle, lorsque la l’on regarde la voiture de face, entre l’axe de la roue et la
verticale. Le carrossage joue un rôle majeur sur la force de virage du pneu. La 3 montre
d’ailleurs ce qu’est un angle de carrossage négatif et positif.
Figure 3: Camber change, la convention
Un pneu peut généralement délivrer ses meilleures performances avec un angle de carrossage
négatif d’environ ½ degrés, et ce, par rapport à la perpendiculaire à la route. Une bonne
suspension s’assure d’ailleurs que cet angle soit toujours dans cet ordre de grandeur, peu
importe l’inclinaison de la voiture par rapport à la route.
La figure 4 montre, en (a), une suspension qui ne présente pas de carrossage lorsqu’elle est
comprimée. En (b), on voit que, dans la courbe, ce manque de carrossage supplémentaire
entraîne un carrossage positif par rapport à la route, ce qui n’est pas souhaitable. En (c) et (d),
il est possible de voir la situation souhaitable.
Figure 4: Impact du camber change
Déport de l’axe de pivot de fusée
Ce terme est la francisation du « scrub radius » ou «kingpin offset ». Comme le présente la 5,
cette variable décrit la distance, au niveau du sol, entre l’axe centrale du pneu et l’axe de
rotation du pneu ( la rotation au niveau de la cheville ouvrière) [3].
Figure 5: Kingpin offset et Kinpin angle
Cette distance doit préférablement être positive, car cela donnera au conducteur de la
rétroaction sur la conduite. Elle doit être assez faible ( de l’ordre du centimètre ). Pour la
diminuer, on peut donner un angle au pivot ouvrier (kinpin angle), comme sur le schéma vu
précédemment. Cet angle entraîne cependant des complications lors des virages et doit être
limité le plus possible.
Tableau 1 : Récapitulatif des paramètres
Paramètre
Chasse
Objectif
Devrait être positive, de l’ordre de
quelques degrés.
Carrossage
Devrait être négatif, de l’ordre du demidegré
Lorsque les ressorts raccourcissent, le
carrossage devrait augmenter
Parallélisme
Devrait être en ouverture
Déport de l’axe de pivot de fusée
Devrait être positif, de l’ordre du
centimètre
Angle du pivot ouvrier
Devrait être réduit au minimum
[1] http://www.lancerevoclub.org/faq/handling.php
[2] http://www.ozebiz.com.au/racetech/theory/align.html
[3] Bosch. Automotive Handbook. 5ème édition. Publié par Robert Bosch GmbH. Warrendale, PA:
Distribué par SAE, 2000, 1192 pages
Annexe 3 : Plans d’assemblage général et du châssis
100
Feuille de présentation de la voiture École Dimensions générales Longueur totale Largeur totale Hauteur totale Empattement Voie ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Paramètres de la suspension Type de suspension Grandeur des tires et revêtement Roues Distance châssis‐sol Hauteur du centre de gravité Course de la suspension Gain en carrossage Alignement Carrossage statique et méthode d’obtention Chasse avant Kinpin Angle Kingpin offset Position du Roll center ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Motorisation Moteur utilisé Université du Québec en Abitibi‐Témiscamingue
93 po 47 po 48,5 po
61,9 po
46,9 po
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Avant Suspension en Double A
21x6.5‐13 R25A Hoosier 6 inch wide, 3 pc Al Rim, 1.625 inch pos. offset 2,4 po
9.57 po au‐dessus du sol
2,0 po bond/2,0 po rebond
2.11 deg / po
0.125 po d’ouverture grâce à une tige
‐1.16 deg grâce à des espaceurs sur le bras en A 4 degrés, non‐ajustable
8 degrés, non‐ajustable
.76 po
1.53 po sous le sol
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Honda CBR 600RR 2006
Arrière
Même qu’en avant 21x6.5‐13 R25A Hoosier 6 inch wide, 3 pc Al Rim, 1.625 inch pos. offset 2,14 po
2,0 po bond/2,0 po rebond
1.58 deg / po 0‐0.25 po de pincement grâce à une tige
‐1.12 deg grace à un espaceur ‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐
2.83 po sous le sol ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 8
ARTICLE QTY.
NO.
F
NOM
6
DESCRIPTION
MATÉRIEL
DESSIN NO
5
ARTICLE QTY.
NO.
4
NOM
DESCRIPTION
1
1
Assemblage du chassis
Voir prochain assemblage
AISI 4130
100001
24
2
Assmblage support tige torsion Voir prochain assemblage
2
1
Assemblage differentiel
Aluminium
------
3
1
------
------
1
4
1
------
100002-1
26
1
5
1
Assemblage moteur
Assemblage moyeu avant
gauche
Assemblage moyeu avant
droit
Assemblage moyeu arriere
gauche
Assemblage moyeu arriere
droit
25
------
100002-2
27
1
100003-1
28
1
100003-2
29
1
30
1
Assemblage bras suspension
en A avant haut
en A avant bas
en A avant bas droit
Assemblage tube de transfert
avant
Assemblage patte de fixation
suspension avant haut 1
suspension avant haut 2
suspension avant bas 1
suspension avant bas 2
en A avant haut droit
Assemblage tube de transfert
avant droit
suspension avant droit haut 2
suspension avant droit haut 1
suspension avant droit bas 1
suspension avant droit bas 2
en A arriere gauche haut
en A arriere gauche bas
Assemblage tube transfert
arriere gauche
Assemblage tube alignement
arriere gauche
suspension arriere gauche bas
1
suspension arriere gauche
haut 1
en A arriere droit bas
Assemblage tube torsion
arriere gauche
6
7
E
7
1
1
------
------
8
1
Amortisseur avec ressort
Koni, amortisseur serie 2612
------
------
9
1
------
------
31
1
10
1
------
------
32
1
11
1
------
------
12
1
Étrier de frein
Wilwood, Dynalite single caliper
Composite
------
33
1
13
1
Assemblage pedale de freins
Tilton, dual pedal assembly
Aluminium
------
34
1
14
1
Assemblage silencieux
Yamaha Raptor 660 2001 muffler
------
------
35
1
15
1
Filtreur a l'air
------
36
1
16
1
Assemblage volant
K&N air filter, model RC 3250
Paradigm Motorsports, 53031 steering
wheel/paddle assembly
------
37
1
17
1
Siege fabriqué sur mesure
38
1
18
1
Assemblage crémaillere
EMPI, Dune buggy rack & pinion, PN: 3147
19
4
Assemblage roue pour pluie
39
2
20
2
Assemblage came avant
gauche
Assemblage came arriere
gauche
Assemblage came arriere
droit
Assemblage tige de torsion
arriere
21
1
22
1
23
1
Fibre de verre
A
Aluminium
------
------
------
-------
------
------
40
1
2
2
------
------
41
------
------
42
------
------
43
D
1
44
1
45
1
46
2
100000CA
MATÉRIEL
3
ARTICLE QTY.
NO.
DESSIN NO
Aluminium
------
47
1
48
1
49
2
50
1
51
1
52
1
------
------
------
------
1
2
NOM
DESCRIPTION
------
------
------
------
------
------
------
------
53
1
------
------
54
1
------
------
55
1
------
------
56
1
Engrenage moteur
JT, engrenage avant, série 520, 13 dents
------
------
57
1
Joint universel
------
------
58
1
Tube principal direction
Belden, 5/8" dia. Modele MSB12
Tube mecanique, 0.625" O.D. x 0.120" épais
x 16.52"Lg.
------
------
59
1
Joint universel
Belden, 5/8" dia. Modele MSB12
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
------
DESSIN NO
------
------
------
------
------
------
6061-T6 (SS)
------
6061-T6 (SS)
------
6061-T6 (SS)
------
6061-T6 (SS)
------
6061-T6 (SS)
------
6061-T6 (SS)
------
Acier allié
------
------
------
AISI 1020
------
------
------
AISI 1020 Acier
laminé à froid
-----------
Assemblage patte de fixation Voir prochain assemblage
suspension arriere droit haut 1
Assemblage patte de fixation Voir prochain assemblage
suspension arriere droit bas 1
Assemblage arbre transmission Voir prochain assemblage
Patte de fixation machinée
suspension gauche haut 1
suspension gauche bas 1
alignement gauche 1
suspension droit haut 1
suspension droit bas 1
alignement droit 1
MATÉRIEL
Barre rectangulaire, 1.000" x 2.000" x
2.375"Lg.
2.875"Lg.
2.375"Lg.
2.375"Lg.
2.875"Lg.
2.375"Lg.
60
1
Tube espaceur pivot avant
Arbre 0.500" dia. x 1.0"Lg.
61
1
Tube point d'attache arriere
4130 Steel,
Tube mecanique, 1.000" O.D. x 0.065" épais AISI
normalized
at
x 12.00"Lg.
870C
63
2
64
6
65
4
66
7
67
1
5/16"-18 UNC x 0.75"Lg.
Button socket head cap screw McMaster-carr,
PN:91255A581
McMaster-carr, 11/32" ID x 7/8" OD x
Flat washer 5/16"dia.
0.056"thk, PN: 94744A249
McMaster-carr, 11/32" ID x 7/8" OD x
Flat washer 5/16"dia.
0.054"thk, PN: 90295A164
Hex Nylon-Insert Flange
McMaster-carr, 5/16"-18 UNC x 3/8"thk, PN:
Locknut
93298A120
5/16"-18 UNC x 1.25"Lg.
Button socket head cap screw McMaster-carr,
PN:91255A585
Black-Oxide
Alloy Steel
Zinc plated
Steel
F
E
------
Nylon 6/6
Grade F Zinc
plated Steel
Black-Oxide
Alloy Steel
D
100000CA
NOTES:
1. SOUDER SELON LES NORMES ASME.
2. SE RÉFÉRER AU CARTOUCHE POUR LES
TOLÉRANCES STANDARDS D'USINAGE.
3. MOTEUR: Honda CBR 600 RR 2006 non modifié.
4. CHASSIS: structure tubulaire en acier 4130 chromoly
5. FINI : A DETERMINER.
C
C
3
1
2
1
15
21
16
9
20
39
19
46
B
B
41
19
40
35
43
42
61
Francis
Marquis
Walid Ghie
REV.
DATE
DESCRIPTION
DESSINÉ
VERIFIÉ
APPROUVÉ
REVISIONS
FSAE-UQAT
Ce dessin est la propriété de l'UQAT et ne peut etre reproduit ou
envoyé à d'autres sans la permission écrite de l'UQAT.
22
55
54
A
Aimé Emard
14
28
11
First Issue
Premiere Émission
CLIENT:
49
19
2009-06-24
38
20
13
A
46
ASSEMBLAGE SUPERIEUR:
------
DESSIN DE REFERENCE:
------
ECHELLE:
NE PAS MODIFIER L'ECHELLE D'IMPRESSION
1:12
MASSE
ESTIMÉE:
lbs.
A
Assemblage générale
Formule UQAT1
Projet de fin d'étude
FEUILLE:
1 de 2
Dessin généré par ordinateur, ne pas modifié manuellement
8
7
6
5
4
3
2
METHODE DE
PROJECTION
No DE PROJET:
No DE DESSIN:
PR- 001- 09 100000CA
1
FORMAT REV:
D
A
8
7
6
5
4
100000CA
3
1
2
F
F
E
E
9,99
c/c
DETAIL E
SCALE 1 : 8
93,00
D
D
100000CA
B
A
48,42
2,14 Ref.
Position neutre
C
2,43 Ref.
Position neutre
46,92
Voie avant
C
B
A
NOTES:
47,94
Voie arriere
1. SUSPENSION DOUBLE A AVANT & ARRIERE.
2. PNEU: AVANT, 21 X 6.5-13 R25A HOSSIER
ARRIERE, 21 X 6.5-13 R25A HOOSIER
61,94 c/c
Empattement
3. ROUE: 6 po large, jantes 3 pieces Al, 1.625 po decalage.
3. COURSE SUSPENSION:
AVANT & ARRIERE, 2.0 BOND, 2.0 REBOND.
B
B
34
28
33
25
5
4
49
39
39
49
FSAE-UQAT
CLIENT:
8,20
Ref.
8,17
Ref.
E
A
26
SECTION A-A
32
6
7
40
45
38
------
------
SECTION B-B
2 de 2
7
6
5
4
3
1:16
MASSE
ESTIMÉE:
lbs.
A
Assemblage générale
Formule UQAT1
41
FEUILLE:
8
ECHELLE:
41
27
2
METHODE DE
PROJECTION
No DE PROJET:
No DE DESSIN:
PR- 001- 09 100000CA
1
FORMAT REV:
D
A
ARTICLE QTY.
NO.
F
E
1
1
2
1
3
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
1
10
1
11
1
12
1
13
1
14
1
15
16
17
18
D
1
1
1
1
19
1
20
1
21
22
23
24
25
26
C
1
27
1
1
1
1
1
1
1
7
NOM
6
DESCRIPTION
MATÉRIEL
mecanique, 1.000"D.E. x 0.095"
Cage de protection avant 1 Tube
épais x 67.0"Lg.
mecanique, 1.000"D.E. x 0.095"
Cage de protection arriere 1 Tube
épais x 103.0"Lg.
Tube mecanique, 0.875"D.E. x 0.065"
Tube habitacle 1
épais x 28.5"Lg.
Tube habitacle 2
épais x 28.5"Lg.
Tube habitacle 3
épais x 28.8"Lg.
Tube habitacle 4
épais x 28.8"Lg.
Tube habitacle 5
épais x 17.4"Lg.
Tube habitacle 6
épais x 17.4"Lg.
Tube habitacle 7
épais x 16.8"Lg.
Tube habitacle 8
épais x 16.8"Lg.
Tube habitacle 9
épais x 13.3"Lg.
Tube habitacle 10
épais x 13.3"Lg.
Profilé carré, 1.00" x 1.00" x 0.065" épais
Tube carré avant 1
x 14.0"Lg.
Tube carré avant 2
x 14.0"Lg.
Tube carré avant 3
x 16.0"Lg.
Tube carré avant 4
x 16.0"Lg.
Tube plancher 1
épais x 56.6"Lg.
Tube plancher 2
épais x 56.6"Lg.
Tube plancher 3
épais x 27.1"Lg.
Tube plancher 4
épais x 28.7"Lg.
Tube plancher 5
épais x 14.0"Lg.
Tube plancher 6
épais x 13.8"Lg.
Tube plancher 7
épais x 13.2"Lg.
Tube suspension avant 1
épais x 9.2"Lg.
épais x 15.4"Lg.
épais x 12.1"Lg.
épais x 12.6"Lg.
89
59
64
DESSIN NO
AISI 4130 Acier normalisé
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
AISI 1020 Acier laminé à
froid
froid
froid
froid
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
ARTICLE QTY.
NO.
NOM
DESCRIPTION
MATÉRIEL
100001-5
32
1
100001-6
33
1
100001-7
34
1
Tub suspension avant 11
100001-8
35
1
100001-9
36
1
100001-10
37
1
100001-11
38
1
100001-12
39
1
100001-13
40
1
épais x 19.6"Lg.
épais x 11.6"Lg.
épais x 18.1"Lg.
épais x 15.6"Lg.
épais x 9.6"Lg.
épais x 19.6"Lg.
épais x 9.6"Lg.
épais x 16.5"Lg.
épais x 11.6"Lg.
épais x 13.5"Lg.
épais x 11.9"Lg.
épais x 15.4"Lg.
épais x 9.6"Lg.
100001-14
41
2
Assemblage pivot avant 1
Voir sous assemblage suivant
100001-15
42
1
épais x 15.7"Lg.
100001-16
43
2
Assemblage pivot avant 2
44
1
45
1
46
1
épais x 7.8"Lg.
épais x 8.4"Lg.
épais x 6.5"Lg.
épais x 7.3"Lg.
épais x 6.5"Lg.
épais x 8.4"Lg.
épais x 5.2"Lg.
épais x 5.0"Lg.
épais x 5.5"Lg.
100001-1
28
1
100001-2
29
1
100001-3
100001-4
100001-17
100001-18
100001-19
100001-20
100001-21
100001-22
100001-23
100001-24
100001-25
100001-26
100001-27
30
31
47
1
1
1
100001DA
4
48
1
49
1
50
1
51
1
52
1
53
1
54
1
55
1
Tube avant montage moteur Arbre 1.000" D.E. x 2.50"Lg.
1
Tube support moteur 1
épais x 8.5"Lg.
épais x 8.5"Lg.
100001-28
-------
------
8
63
4
6
7
81
1
52
28
43
45
13
33
48
38
16
46
27
26
100001-40
100001-45
100001-46
100001-47
100001-48
100001-49
100001-50
100001-51
100001-52
NOM
DESCRIPTION
35
10
AISI 1020
------
AISI 1020
------
57
1
58
1
59
1
60
1
61
1
62
1
63
1
Tube milieu montage moteur Arbre 1.000" D.E. x 4.00"Lg.
1
Tube arriere montage moteur Arbre 1.250" D.E. x 3.50"Lg.
1
Tube support arriere 1
épais x 22.4"Lg.
épais x 22.4"Lg.
Tube arriere montage moteur Arbre 1.250" D.E. x 5.36"Lg.
2
épais x 16.3"Lg.
Tube avant montage moteur Arbre 1.000" D.E. x 3.70"Lg.
2
épais x 12.7"Lg.
64
1
Tube support ariere 4
épais x 12.7"Lg.
AISI 4130 Acier normalisé 100001-64
à 870C
65
1
1
67
1
68
1
69
1
70
1
71
1
Tube nacelle 1
72
1
Tube nacelle 2
73
1
Tube nacelle 3
74
1
Tube nacelle 4
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
100001-65
66
épais x 14.0"Lg.
épais x 8.5"Lg.
épais x 6.9"Lg.
épais x 16.3"Lg.
épais x 14.3"Lg.
épais x 15.4"Lg.
épais x 28.5"Lg.
épais x 49.3"Lg.
épais x 13.8"Lg.
épais x 10.0"Lg.
75
1
AISI 1020
100001-75
76
1
1
78
1
79
1
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
100001-76
77
Tube milieu montage moteur Arbre 1.000" D.E. x 4.86"Lg.
2
Tube nacelle 5
épais x 49.3"Lg.
Tube nacelle 6
épais x 28.5"Lg.
Tube nacelle 7
épais x 13.8"Lg.
Tube nacelle 8
épais x 10.0"Lg.
80
2
Assemblage pivot arriere 1
------
------
81
1
1
83
1
84
1
85
1
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
100001-81
82
épais x 20.0"Lg.
épais x 10.9"Lg.
épais x 9.1"Lg.
épais x 7.4"Lg.
épais x 7.4"Lg.
86
1
Assemblage support
amortisseur arriere 1
------
------
87
1
Tube suspension arriere 28
1
89
1
90
1
91
1
Assemblage support
amortisseur arriere 2
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
AISI 4130 Steel,
normalized at 870C
100001-87
88
épais x 11.7"Lg.
épais x 10.6"Lg.
épais x 11.7"Lg.
épais x 10.7"Lg.
------
------
à 870C
à 870C
AISI 1020
F
------
à 870C
AISI 1020
------
à 870C
71
8
1. SOUDER SELON LES NORMES ASME.
100001-66
100001-67
E
100001-68
100001-69
100001-70
100001-71
100001-72
100001-73
100001-74
D
100001-77
100001-78
100001-79
100001-82
100001-83
C
100001-84
100001-85
100001-88
100001-89
100001-90
B
84
70
81
21
76
79
A MOINS D'AVIS CONTRAIRE
LES DIMENSIONS SONT EN POUCES
5
Aimé Emard
Francis
Marquis
Walid Ghie
REV.
DATE
DESCRIPTION
DESSINÉ
VERIFIÉ
APPROUVÉ
FSAE-UQAT
100000
------
LES TOLERANCES SONT:
1 DECIMALE .06
2 DECIMALES .02
3 DECIMALES .005
6
First Issue
Premiere Emission
78
75
2009-07-21
CLIENT:
18
60
A
REVISIONS
3. FINI : IDENTIQUE À L'ASSEMBLAGE SUPÉRIEUR.
12
56
NOTES:
6
57
29
7
DESSIN NO
1
RAYON DE PLIAGE INTERIEUR = 1 EPAISSEUR DE METAL
8
MATÉRIEL
56
34
80
31
44
100001-39
à 870C
à 870C
81
5
14
100001-38
------
49
72
A
100001-37
ARTICLE QTY.
NO.
19
73
17
100001-36
1
2
82
69
15
100001-35
AISI 1020
83
13
100001-34
3
47
56
48
100001-33
100001-44
65
85
100001-32
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
57
33
100001-31
-------
58
41
100001-30
-------
5
80
25
59
5
3
42
9
100001-29
à 870C
58
65
DESSIN NO
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
à 870C
68
2
B
5
100001DA
8
4
3
FRACTIONS 1/16
2
ECHELLE:
MASSE
ESTIMÉE:
1:12
76.07 lbs.
A
Assemblage chassis
Formule UQAT1
FEUILLE:
1 de 2
METHODE DE
PROJECTION
No DE PROJET:
No DE DESSIN:
PR- 001-09 100001DA
1
FORMAT REV:
D
A
8
7
6
5
4
F
100001DA
11,42
26,10
c/c
15°12'
5,17
1
2
F
3,25
5,67
12,03
c/c
9,43
c/c
23°40'
E
14,25
3
E
SECTION G-G
SCALE 1 : 8
27,50
29,00 c/c
SECTION F-F
SCALE 1 : 8
12,00 c/c
D
27°22'
C
G
16,00
C
C
G
45,91
F
F
14,00
D
100001DA
D
8,07
c/c
D
C
36,93
1,91
28,00
12°59'
12,00
Interieur
B
B
53°12'
27,00
24,50
24,12
14,00
Interieur
FSAE-UQAT
CLIENT:
20,00
78,11
SECTION D-D
SECTION C-C
A
100000
------
MASSE
ESTIMÉE:
1:12
76.07 lbs.
A
Assemblage chassis
Formule UQAT1
FEUILLE:
2 de 2
8
ECHELLE:
7
6
5
4
3
2
METHODE DE
PROJECTION
No DE PROJET:
No DE DESSIN:
PR- 001-09 100001DA
1
FORMAT REV:
D
A
Annexe 4 : Plans d’assemblage de la suspension
106
7
8
6
5
100
103
F
106
104
109
108
102
110
105
104
E
105
GROUP 1
Vue explosée
GROUP GROUP ARTICLE
1
NO.
2
1
2
3
4
NOM
MATÉRIEL
DESSIN
NO
Aluminium
------
DESCRIPTION
101
Assemblage pivot ouvrier
gauche
Castle hexagonal slotted
nut
1
102
Arbre rotatif
Yamaha Grizzly 600 spindle
1
1
103
Yamaha Grizzly 660 (03-06) PivotWorks, double row cylindrical roller
rear bearing
bearing, 30mm O.D., PN: PWRWK-Y27-600
2
2
104
Radial seal
2
2
105
Internal retaining ring
1
1
106
Hub spacer GR
SKF, CR 38mmx55mmx8mm, PN: CRW1-R
McMaster-carr, Internal retaining ring, 60mm
BlackShaft Diameter, PN: 98455A146
Phosphate Steel
Mechanical tube, 1-5/8" O.D.x 5/16" thk.x
AISI 1020
500085-1
1.00"Lg.
1
1
107
Moyeu arriere
Voir dessin suivant
4
4
108
Flat head stud screw
M12-1.25 x 63mm Lg.
1
1
109
Joint homocinétique
Voir dessin suivant
1
1
110
Large OD Flat washer
1
0
111
droit
McMaster-carr, 17mm ID x 50mm OD x
3mmthk, PN: 91116A200
0
1
100
1
1
1
McMaster-carr, 1/2"-20 UNC x 9/16"height,
PN: 91853A535
18-8 Stainless
steel
AISI 1020
6061-T6 (SS)
------
F
------
Class 8.8 ZincPlated Steel
------
-----E
Stainless Steel
Aluminium
------
107
101
111
100003CA
107
102
D
D
108
NOTES:
1. INSÉRER LES ROULEMENTS À LA PRESSE.
EVITER LES CHOCS.
101 110
6,91
C
GROUP 2
Assemblage droit
5,46
100
C
102
107
108
101 110
B
B
9,53
GROUP 1
Assemblage gauche
3,937 100 C.B.
1,70 Typ.
Ref.
GROUP 1 Montré
Assemblage gauche
A
NE PAS MODIFIER
L'ECHELLE D'IMPRESSION
RAYON DE PLIAGE INTERIEUR =1 EPAISSEUR DE METAL
DESSINÉ PAR:
8
7
6
5
Aimé Emard & Francis Marquis
DATE:
21 juillet 2009
ÉQUIPE NO:
005
4
1 DECIMALE .06
2 DECIMALE .02
3 DECIMALE .005
FRACTIONS 1/16
ASSEMBLAGE
100000
SUPERIEUR:
DESSIN DE
REFERENCE:
Ce dessin est la propriété de
l'UQAT et ne peut etre reproduit
ou envoyé à d'autres sans la
permission écrite de l'UQAT.
3
METHODE DE PROJECTION FEUILLE:
1 of 1
ECHELLE:
------
1:4
MASSE
ESTIMÉE:
FSAE-UQAT
A
Assemblage Moyeux arriere
Formule UQAT1
No DE PROJET:
6.64 lbs.
2
CLIENT:
FORMAT
No DE DESSIN:
PR- 001- 09 100003CA C
1
REV
A
6
GROUP GROUP ARTICLE
1
NO.
2
115
100
114
102
F
108
114
103
104
100
106
113
E
110
107
105
112
GROUP 1
Vue explosée
101
109
111
D
1
2
3
4
5
MATÉRIEL
DESSIN
NO
Aluminium
------
Voir prochain dessin
6061-T6 (SS)
------
Composite
------
AISI 1020
------
AISI 1020
------
AISI 1020
------
Acier allié
18-8 Stainless
steel
Class 8.8 ZincPlated Steel
18-8 Stainless
Steel
------
NOM
DESCRIPTION
0
1
100
1
1
101
gauche
Moyeu avant
1
1
102
Brake caliper
1
1
103
1
1
104
1
1
105
1
1
106
1
1
107
1
1
108
1
1
109
1
1
110
1
1
4
Wilwood, Dynalite single caliper
Deep groove ball bearing, signle row,
Deep groove ball bearing SKF,
0.7874"I.D. x 1.6535"O.D. x 0.4724"thk. PN:6004
SKF, Deep groove ball bearing, signle row,
Deep groove ball bearing 0.5906"I.D. x 1.3780"O.D. x 0.5512"thk.
PN:62202-2RS1
Bague
Arbre 1.00"dia. x 1.5"Lg.
SKF, CR radial shaft seal, 0.8661"I.D. x
Seal
1.3780"O.D. x 0.2756"thk. PN:CR 25x32x7 CRW
1R
SKF, CR radial shaft seal, 1.0000"I.D. x
Seal
1.6858"O.D. x 0.250"thk. PN:CR 9960
Espaceur joint d'étanchéité Arbre 1.125" dia. x 1.0"Lg.
large
111
Espaceur joint d'étanchéité
petit
Disque de frein
Castle hexagonal slotted
nut
Feuille 3/16" épais, 9.0" dia.
McMaster-carr, 1/2"-20 UNC x 9/16"height,
PN: 91853A535
4
112
Flat head stud screw
M12-1.25 x 63mm Lg.
4
4
113
McMaster-carr, 5/16-18 UNC x 5/8" Lg. PN:
93615A451
2
2
114
Socket Low Head Cap
Screw
Hex Jam Nut
2
2
115
Hex head cap screw
2
2
116
Spring lock washer
1
0
117
droit
Arbre 1.0" dia. x 1.0"Lg.
McMaster-carr, 3/8"-24 UNF x 1.25"Lg. PN:
92865A217
McMaster-carr, 0.385" ID x 0.680" OD x
0.094"thk, PN: 91102A760
F
E
Grade 5 ZincPlated Steel
Zinc plated steel
Aluminium
------
NOTES:
1. INSÉRER LES ROULEMENTS À LA PRESSE.
EVITER LES CHOCS.
110
102
,038
5,76
100002CA
7
8
D
117
C
C
100
9,95
110
115 116
102
,19
GROUP 1
Assemblage droit
101
B
B
9,51
112
GROUP 1
Assemblage gauche
9,00
1,61 Typ.
Ref.
3,937 100 C.B.
GROUP 1 Montré
Assemblage gauche
A
NE PAS MODIFIER
L'ECHELLE D'IMPRESSION
RAYON DE PLIAGE INTERIEUR =1 EPAISSEUR DE METAL
DESSINÉ PAR:
8
7
6
5
Aimé Emard & Francis Marquis
DATE:
21 juillet 2009
ÉQUIPE NO:
005
4
1 DECIMALE .06
2 DECIMALE .02
3 DECIMALE .005
FRACTIONS 1/16
ASSEMBLAGE
100000
SUPERIEUR:
DESSIN DE
REFERENCE:
Ce dessin est la propriété de
l'UQAT et ne peut etre reproduit
ou envoyé à d'autres sans la
permission écrite de l'UQAT.
3
METHODE DE PROJECTION FEUILLE:
1 of 1
ECHELLE:
------
1:4
MASSE
ESTIMÉE:
FSAE-UQAT
A
Assemblage Moyeux avant
Formule UQAT1
No DE PROJET:
9.55 lbs.
2
CLIENT:
FORMAT
No DE DESSIN:
PR- 001- 09 100002CA C
1
REV
A
Annexe 5 : Calcul de la force d’inertie
109
La force d’inertie appliquée au véhicule est décrite par l’équation suivante :
On peut connaître la force d’inertie maximale qui sera appliquée au véhicule en regardant les
performances des autres véhicules dans l’épreuve nommée le « skid pad ». L’image suivante présente ce
parcours.
Nous ferons une moyenne des vitesses et des masses des différents véhicules afin d’évaluer la force
maximale qui pourra être appliquée sur notre auto.
Temps moyen des 30 premières équipes sur le skidpad
5,3
Distance d’un tour
2
2
15,5
105
1,5
Vitesse moyenne des 30 premières équipes
105
5,3
19,8
Masse estimée de notre véhicule avec pilote
310
Force d’inertie moyenne maximale appliquée à notre véhicule
,
,
310
,
19,8 /
16,8
7200
Force d’inertie pour le devant du véhicule = 40 % de
,
/
Annexe 6 : Estimation des paramètres K et C
112
Estimation de K et c Il est possible d’obtenir rapidement une estimation des paramètres idéaux pour K et C
sans passer par la simulation Matlab. Les deux critères « manuels » sont la « ride
frequency » et le « damping ratio (ζ) ». Cependant, le troisième paramètre, celui du
« roll gradient » doit être estimé avec matlab.
Premièrement, la ride « frequency » devrait se situer autour de 1,5 Hz.
1
2
2
La masse m est la masse supportée par une seule roue. C’est-à-dire que l’on suppose une
distribution de 60% de la masse en arrière pour 40% en arrière, donc 20 % de la masse
totale pour une roue avant, et 30% de la masse totale pour une roue arrière. Pour les roues
avant :
1,5
2
0,2
La masse totale de l’automobile est estimée à 310 kg, avec le pilote.
1,5
2
0,2 310
Le K idéal varie donc avec MR. En prenant y/x = 1,33 ( shock de 3 po pour course de 4
po)
1,5
1
2
0,2 310
6900 /
1,12
Ensuite, la deuxième caractéristique qu’il est possible d’estimer est le coefficient
d’amortissement « c » à partir du damping ratio ζ. L’objectif est d’obtenir un ratio
d’environ 0,7.
2
2
2
On voit donc que le coefficient d’amortissement « c »; Et en utilisant K trouvé précédemment 0,7
0,7
2 6900
1,12
2 6900
0,2 310
1,12
1025
/
0,2 310
Annexe 7 : Masse équivalente
115
Il sera démontré ici que dans le cas de mouvements de rotation linéarisé autour de petits
angles, la proposition suivante est vraie :
Où la masse équivalente est la masse vue du côté moteur, c’est-à-dire l’inertie linéaire de
la masse vue du côté moteur, et où les dimensions x et y peuvent être vues sur le schéma
suivant.
À noter que l’on ne tiendra pas compte de l’élasticité des membrures ni de
l’amortissement. On ne tiendra pas non plus compte de la force de gravité, puisque l’on
suppose que le plan de travail est parallèle au plan du sol.
D’abord, faisons le bilan des forces vu du côté moteur :
Où :
F(t) est la force d’excitation du moteur Fcm est la force de la charge vue au moteur est la masse du moteur, négligeable par rapport à la masse de la charge est l’accélération du point h, sans importance puisque Puis, faisons le bilan des forces du côté de la charge :
0 Où : Fmc est la force du moteur au côté charge
Par la suite, rappelons que pour un levier :
Puisque nous avons deux triangles semblables ( hypothèse des petits angles ), on peut
affirmer que :
De plus, une autre propriété des leviers est que :
En remplaçant dans l’équation de force côté charge, on obtient que :
En ramenant le tour du côté moteur, il en découle :
0
On peut donc poser que
=
Annexe 8 : Programme Matlab
118
DYN_Analyse_suspension_2_bras.m
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%
%
Script permettant de faire l'analyse en position
%
et en vibration des deux bras de la FSAE-UQAT
%
%
Utilisation de principes de DMC et Vibrations
%
%
Projet final - Été 2009
%
Francis Marquis, Aimé Émard
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
clear all
clc
%Paramètres initiaux de l,assemblage ressort-amortissuer
b = 1200; % N/(m*s)
%Longueur de l'assemblage ressort-ammort maximale
s_eq = 10.5*25.4; % mm - constante,
%Longueur intiale entre i et k (longueur du vérin au début de la simul)
s_init = [ 185 , 0, 0 ];
%Constante du ressort
Kres = 7500 ; % N/mm
%calcul de la force d'inertie du au virage
Finertie = 2800; %N ( on doit faire le calcul à la main )
%masse de la section avant du char
m = 200 ; %kg
%accélération gravitationelle
g = 9.81 ; %m/s²
%Position des points fixes sur le frame
%K = [ X_i Y_i Vx_i Vy_i Ax_i Ay_i ] mm, mm/s, mm/s^2
K = [960 695 0 0 0 0];
H = [682 637 0 0 0 0];
E = [678 380 0 0 0 0];
D = [710 163 0 0 0 0];
CG_char = [916 400 0 0 0 0]; %Position du CG du char
%Bien que RC n'est pas fixe, il n'est utilisé qu'en concordance avec
%la configuration intiale du véhicule, donc il est plus pratique de
%le fournir au programme que de le calculer.
RC = [925 79 0 0 0 0];
%Longueurs constructives (mm)
ac = 256 ;
bc = 75 ;
ab = 226 ;
ae = 208 ;
cd = 268 ;
bf = 519 ;
fh = 111 ;
hi = 194 ;
ij = 125 ; % Longueur du plongeur
cg1_a = 396 ; %Distance entre "A" et CG1
cpg_a = 396 ; %Distance entre "A" et la contact patch de gauche
or_sym_x = 924 ; %Distance entre axe de symétrie et pt de réf en x
Page 1
%Angles constructifs
aFHI = 106*pi/180;
aBAC = -16.5*pi/180; %Nég si B est plus près de l'axe du char que A
beta = 16.5*pi/180; %Permet de dét. l'emplacement du CG de la roue de gauche
gamma = 16.5*pi/180; %Permet de dét. l'emplacement de la CP de la roue gauche
%Paramètres angulaires
Phi1 = [45*pi/180 0 0
Phi2 = [169*pi/180 0 0
Phi3 = [175*pi/180 0 0
Phi4 = [262*pi/180 0 0
Phi5 = [185*pi/180 0 0
Phi6 = [280*pi/180 0 0
initiaux
];
];
];
];
];
];
%Détermination du vecteur temps utilisé lors des simulations du programme
t = 0:0.02:2;
%----------------------------------------%Fin de la zone "entrée de données"
%//////////////////////////////////////////////////////////////
% Calcul du ratio "ratioN" qui sert à trouver la masse équivalente
%
de la partie étudiée ( gauche ou droite ) de l'automobile
%
et calcul de la masse équivalente
%//////////////////////////////////////////////////////////////
%Il faut trouver le ratio entre le déplacement hvertical de la roue
% et le déplacemen horizontal du piston
%motodyade :
%function [fi1,fi2,Erreur] = md1pva(A,D,s,fi1,fi2,ab)
[Phi1_r, Phi2_r] = md1pva(H,K,s_init,Phi1,Phi2,hi);
F_r = Rpoint(H, [Phi1_r(1) + aFHI, Phi1_r(2), Phi1(3)], fh);
%triade:
%[fi1,fi2,fi3,fi4]
= tri1pva(A,B,C,fi1,fi2,fi3,fi4,
ad,be,cf,de,df,ef,alf)
[Phi3_r, Phi4_r, Phi5_r, Phi6_r] =
tri1pva(E,F_r,D,Phi3,Phi4,Phi5,Phi6,ae,bf,cd,ab,ac,bc,aBAC);
A_r = Rpoint (E, Phi3_r, ae);
CPg_r_1 = Rpoint(A_r, [Phi6_r(1)-gamma, Phi6_r(2), Phi6_r(3)], cpg_a)
%On raccourcit le piston de 10% et on regarde le déplacement à la roue
s_init_2 = [0.9 * s_init(1),0,0] ;
%motodyade :
[Phi1_r, Phi2_r] = md1pva(H,K,s_init_2,Phi1,Phi2,hi);
F_r = Rpoint(H, [Phi1_r(1) + aFHI, Phi1_r(2), Phi1(3)], fh);
%triade:
%[fi1,fi2,fi3,fi4]
[Phi3_r, Phi4_r, Phi5_r, Phi6_r] =
tri1pva(E,F_r,D,Phi3_r,Phi4_r,Phi5_r,Phi6_r,ae,bf,cd,ab,ac,bc,aBAC);
A_r = Rpoint (E, Phi3_r, ae);
CPg_r_2 = Rpoint(A_r, [Phi6_r(1)-gamma, Phi6_r(2), Phi6_r(3)], cpg_a)
Page 2
%on calcule le ratio (y/x)
ratioN = abs((CPg_r_2(2) - CPg_r_1(2))/(0.1*s_init(1)));
ratioN = 1.15;
%calcul de la masse équivalente de la moitié du char
meq = m/2 * (ratioN)^2
%//////////////////////////////////////////////////////////////
%///
%Détermination de la longueur S1 initiale
%( Sert à déterminer la position d'équilibre des ressorts )
%///
%//////////////////////////////////////////////////////////////
%----------------------------%Analyse cinématique avec les données fournies intialement
%----------------------------%********************
%Analyse de la motodyade
%********************
[Phi1, Phi2] = md1pva(H,K,s_init,Phi1,Phi2,hi);
F = Rpoint(H, [Phi1(1) + aFHI, Phi1(2), Phi1(3)], fh);
I = Rpoint(H, Phi1, hi);
%********************
%Analyse de la triade
%********************
%[fi1,fi2,fi3,fi4]
[Phi3,Phi4,Phi5,Phi6] = tri1pva(E,F,D,Phi3,Phi4,Phi5,Phi6,ae,bf,cd,ab,ac,bc,aBAC);
A = Rpoint (E, Phi3, ae);
B = Rpoint (F, Phi4, bf);
C = Rpoint (D, Phi5, cd);
%Détermination du point de contact avec le sol de la roue de gauche
CPg = Rpoint(A, [Phi6(1)-gamma, Phi6(2), Phi6(3)], cpg_a) ;
%La contact patch de droite est miroir p/r à l'axe de symétrie du char
CPd(2) = CPg(2);
CPd(1) = or_sym_x + (or_sym_x - CPg(1)) ;
%------------------------------------------------%Détermination des forces en jeu sur les roues
%------------------------------------------------%Forces sur les roues -- Cas dynamique
%Les matrices reliées à ce calcul sont développées dans le rapport
%On a un syst de 4 éq, 4 inc de type A*X = B
%Dans la matrice, les inconnus sont : [Fn_g , Fn_d , Ff_g , Ff_d]
Page 3
digits(32)
mat_A = [ -(RC(1)-CPg(1))
0
1
0
, (CPd(1)-RC(1)) ,
,
0
,
,
1
,
, -(Finertie/(m*g)),
(CPg(2)-RC(2))
1
0
0
,
,
,
,
(CPd(2)-RC(2)) ;
1
;
0
;
1
];
mat_B = [ -(m*g)*(RC(1)-CG_char(1)) - Finertie * (CG_char(2) - RC(2));
Finertie;
m*g
;
0
]
;
mat_X = inv(mat_A) * mat_B;
Fn_g
Fn_d
Ff_g
Ff_d
=
=
=
=
mat_X(1)
mat_X(2)
mat_X(3);
mat_X(4);
%N
%N
%N
%N
somme = Ff_g + Ff_d ;
%----------------///////////////-------------------% Côté gauche du char ( en regardant le devant du char )
%----------------///////////////-------------------%------------------------------------------------%Analyse cinétostatique ( afin de déterminer F sur le ressort )
%------------------------------------------------%********************
%********************
%Position des différents centres de gravité des membrures
%Note : Non nécessaire de dét. les CG des membrures sans masse
CG1 = Rpoint(A, [Phi6(1)-beta, Phi6(2), Phi6(3)], cg1_a) ;
%Détermination des forces appliquées sur les membrures de la triade
F1 = [ Ff_g, Fn_g , Ff_g*(CG1(2)-CPg(2)) + Fn_g * (CPg(1) - CG1(1))]
%function R = tri1rc_fm(A,B,C,D,E,F,G4,F4)
%Résultats sous la forme: [Rdx Rdy Rax Ray Rex Rey Rbx Rby Rcx Rcy Rfx Rfy]
%Dans notre cas :
[Rax Ray Rex Rey Rbx Rby Rfx Rfy Rdx Rdy Rcx Rcy]
R_tri = tri1rc_fm(E,F,D,A,B,C,CG1,F1) ;
R_ex = R_tri(3);
R_ey = R_tri(4);
R_dx = R_tri(9);
R_dy = R_tri(10);
R_fx = R_tri(7);
R_fy = R_tri(8);
%********************
%********************
CG5 = F; %Il est plus facile de mettre le CG au pt F (membrure 5 sans masse)
%Détermination des forces appliquées sur les membrures de motodyade
Page 4
F5 = [-R_fx , -R_fy , 0];
%function R = md1rc(A,B,D,G1,F1,bc,s,phi2)
R_dya =
md1rc_fm(H,I,K,CG5,F5,ij,s_init, Phi2);
%Résultats sous forme : [Rax Ray Rbx Rby R P CR Rdx Rdy ]
%Dans notre cas
: [Rhx Rhy Rix Riy R P CR Rkx Rky ]
%La force qui agira sur l'ass. ressort-amort. est la force P_j
P_j = R_dya(6)
%Élaboration de la fonction de transfert
num = (-P_j - Kres*(s_eq/1000 - s_init(1)/1000))/meq;
den = [1 b/meq Kres/meq];
sys = tf( num
,
den);
%Matrice contenant des "1" pour satisfaire la fcn "lsim"
mat_uns = ones(length(t),1);
%RÉSULTAT DE LA PARTIE gauche
%Le graphique que renvoie "lsim" est la réponse temporelle de l'assemblage
% ressort-amortisseur. Amplitude positive : Allongement du ressort
figure(1)
lsim(1000*sys, mat_uns, t) %Le *1000 c pour les mm
TITLE('Réponse du ressort de gauche, en mm')
%AXIS([0 t(length(t)) -0.02 0.02])
%----------------///////////////-------------------% Côté droit du char ( en regardant le devant du char )
%----------------///////////////-------------------%Au lieu de trouver la position initiale des points appartenant à la partie
%droite du char, on analyse la partie gauche mais en inversant la
%force de friction appliquée aux roues
%********************
%********************
%Détermination des forces appliquées sur les membrures de la triade
%La
F1_d = [
-Ff_d, Fn_d , -Ff_d*(CG1(2)-CPg(2)) + Fn_g * (CPg(1) - CG1(1))]
%function R = tri1rc_fm(A,B,C,D,E,F,G4,F4)
%Résultats sous la forme: [Rdx Rdy Rax Ray Rex Rey Rbx Rby Rcx Rcy Rfx Rfy]
%Dans notre cas :
[Rax Ray Rex Rey Rbx Rby Rfx Rfy Rdx Rdy Rcx Rcy]
R_tri_d = tri1rc_fm(E,F,D,A,B,C,CG1,F1_d) ;
R_fx_d = R_tri_d(7);
R_fy_d = R_tri_d(8);
%********************
%********************
CG5 = F; %Il est plus facile de mettre le CG au pt F (membrure 5 sans masse)
Page 5
%Détermination des forces appliquées sur les membrures de motodyade
F5_d = [-R_fx_d , -R_fy_d , 0];
%function R = md1rc(A,B,D,G1,F1,bc,s,phi2)
R_dya_d =
md1rc_fm(H,I,K,CG5,F5_d,ij,s_init, Phi2);
%Résultats sous forme : [Rax Ray Rbx Rby R P CR Rdx Rdy ]
%Dans notre cas
: [Rhx Rhy Rix Riy R P CR Rkx Rky ]
%La force qui agira sur l'ass. ressort-amort. est la force P_j
P_j_d = R_dya_d(6)
%Élaboration de la fonction de transfert
num_d = (-P_j_d - Kres*(s_eq/1000 - s_init(1)/1000) )/meq;
den_d = [1 b/meq Kres/meq];
sys_d = tf( num_d
,
den_d);
%Matrice contenant des "1" pour satisfaire la fcn "lsim"
mat_uns = ones(length(t),1);
%RÉSULTAT DE LA PARTIE droite
%Le graphique que renvoie "lsim" est la réponse temporelle de l'assemblage
% ressort-amortisseur. Amplitude positive : Allongement du ressort
figure(2)
lsim(1000*sys_d, mat_uns, t)
TITLE('Réponse du ressort de droite, en mm')
%AXIS([0 t(length(t)) -0.1 0.1])
Page 6
Annexe 9 : Liste des pièces
127
ITEM
NO.
TYPE DE PIÈCE
1.1 Rack and pinion
1.2
Rack and pinion
1.3 Rack and pinion
2.1
Pneus secs
2.2
Pneus secs
3.1
Pneus de pluie
PIECES ACHETÉES FOURNISSEURS MATERIEL QTE
Rack n pinon - Junior Chassis Shop
Dragster - C42-336
Aluminum Steering
Pegasus auto
Rack - Standard Inracing
stock Version
BRT Mini Rack &
Pinion Steering
Unit
POIDS POIDS
UNIT. TOTAL
(lbs)
(lbs.)
COUTS
UNIT.
(USD)
COUTS.
TRANS
(USD)
COUTS
TOTAL
Acier?
1
1,96
2,0
230,00 $
30,00 $
260,00 $
Alu
1
5,00
5,0
689,00 $
60,00 $
749,00 $
1
1,50
1,5
0,00 $
Hoosier Tire 43128
Hoosier Racing T Caoutchouc
20.5 x 6.0-13
D2692 20.0x7.0-13 R07Goodyear
Caoutchouc
8
4
0,0
Hoosier Tire 44185
Hoosier Racing T Caoutchouc
21.0 x 6.5 - 13
D1883 20.0x6.5-13 R06Good year
Caoutchouc
4
0,0
4
0,0
4.1 Rims
Formula SAE racing
wheels - Package 1
Keizer
4
6,50
26,0
242,00 $
40,00 $
1 008,00 $
4.2 Rims
Formula SAE racing
wheels - Package 2
Keizer
8
6,50
52,0
225,00 $
80,00 $
1 880,00 $
5.1 Harnet de sécurité
5.2 Harnet de sécurité
6PT Belt 04827BM
Sparco USA
Nylon?
Latch & Link Individual G-Force racing geNylon?
Shoulder Harness Set # 6000
319,00 $
79,99 $
22,00 $
30,00 $
341,00 $
109,99 $
3.2 Pneus de pluie
Aciercentre en
aluminium
Acier centre en
alu
1
1
148,80 $
0,00 0,0
0,00 0,0
30,00 $
1 220,40 $
0,00 $
162,40 $
30,00 $
679,60 $
0,00 $
Yuasa Battery - Honda Yuasa
CBR 600 RR 01-06
Batt. au plom
1
6,50
6,5
120,00 $
20,00 $
140,00 $
6.2 Batterie
Honda CBR600F4i,
Appex battery
600RR Battery (20012006)
Batterie au p
1
7,25
7,3
84,00 $
20,00 $
104,00 $
7.1 Volant
Grant Products 151- Summit
14 -- Ligne de produit :
Grant Formula 1
Steering Wheels
Grant Products 613-4 - Summit
- Ligne de produits :
Grant Aluminum GT
Steering Wheels
SW 011 Flat Bottom - SPA technique
SW-011
D-Shaped - 255
Steering Wheel
Alu
1
42,00 $
30,00 $
72,00 $
Alu
1
102,00 $
30,00 $
132,00 $
?
1
150 00 $
150,00
30 00 $
30,00
180 00 $
180,00
8.1 Connecting hub (vola Aluminum Quick
Pegasus
Release Steering Hub
for 5/8 inch dia. shaft
Alu
1
47,00 $
30,00 $
77,00 $
8.2 Connecting hub (vola Quick Release
Steering Hub Eliptical Design
Pegasus
Alu
1
249,00 $
30,00 $
279,00 $
9.1
Location Blais
Plastique
1
Racetronix
Alu
1
Batterie
6.1
7.2 Volant
7 3 Volant
7.3
Pompe à gaz
9.2 Pompe à gaz
Pompe d'origine - Intank
255L/Hr In-line Fuel
Pump High Pressure
1,10
1,1
671,22 $
0,00 $
671,22 $
99,00 $
30,00 $
129,00 $
10.1 Master cylindres
10.2 Master cylindres
11.1 Étriers
Master Cylinder,
Aluminum, Black
Anodized, .875 in.
Bore, Universal, Kit,
série 77
75-Series Master
Cylinder Kits
Summit
Acier
2
0,30
0,6
365,00 $
30,00 $
760,00 $
Summit
Acier
2
0,63
1,3
105,00 $
30,00 $
240,00 $
Wilwood Dynalite
Single Caliper
Speedway
Acier
3
1,40
4,2
107,00 $
30,00 $
351,00 $
Jegs
Acier
3
1,50
4,5
138,00 $
30,00 $
444,00 $
11.2 Étriers
Wilwood Forged Billet
Dynalite Calipers
12.1 Silencieux
12.2 Silencieux
13,1 Shifter automatique
Motorcycle Exhaust > Exotic sportbike Stainless
Akrapovic Exhaust >
Honda > CBR600RR
(2005)
Honda : CBR 600 F4 Ebay
Stainless
01-06 OEM Muffler
Paradigm motorsport
Air shifter
Paradigm
motorsport
Air
1
620,00 $
30,00 $
650,00 $
1
75,00 $
35,00 $
110,00 $
Clutch actuator
300,00 $
Paddle assembly
Regulator
Shift actuator
Wiring
995,00 $
130,00 $
195,00 $
500,00 $
2 120,00 $
775,00 $
Somme
13,2 Shifter automatique
Kliktronic electric shifte Disabled motorcycle rider
14.1 Essieu arrière
Lightweight drive axle Taylor Race
pieces for FSAE and engineering
DSR
1
=
30,00 $
2 120,00 $
805,00 $
Acier
Tripod Housing, 4340, ""
hardened to Rc50, 86
mm OD, 74 mm BCD
2
0,90
1,8
125,00 $
250,00 $
Tripod joint
Tripod boot
Outboard stub axle
Upright wheel bearing
64 mm OD 34 mm ID
37 mm wide
Drive wheel flange
Lock nut
Outboard axle plunger
""
""
""
""
2
2
2
2
0,40
0,20
0,50
1,00
0,8
0,4
1,0
2,0
40,00 $
22,50 $
240,00 $
50,00 $
80,00 $
45,00 $
480,00 $
100,00 $
""
""
""
2
2
2
2,00
0,25
4,0
0,5
0,0
160,00 $
3,50 $
12,00 $
320,00 $
7,00 $
24,00 $
Plunger spring
""
Axle rod filler
""
Plug pivot inboard
Plug cup for TRE/TPE ""
chain drive differential
2
2
2
2
0,0
0,0
0,0
0,0
2,50 $
2,00 $
8,00 $
8,00 $
5,00 $
4,00 $
16,00 $
16,00 $
Bolt kit for tripod
""
housing 02002081
Gun drilled axle 4340 ""
Rc50 18'' max 14'' min
length cut to fit
Shipping
1
0,0
30,00 $
30,00 $
4,0
185,00 $
370,00 $
2
2,00
Total essi
100,00 $
1 847,00 $
15.1 Différentiel arrière
Basic unit with brake flaTaggart
Performance
Engineering
University Special Diffe Torsen traction
Trx500 Final Rear Diffe 2FarOffRoad
1
?
Acier
Acier
1
1
8,50
?
16 1 Lignes à brake
16.1
Teflon tressé
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
Pegasus racing
Braided teflon brake
and clutch hose #3AN
Banjo pour ligne à breBent banjo #3 Hose en '"
""
T pour ligne a brake AN834 Bulkhead
Branch Tee, AN (All
Equal Size, All Male) 3 An-3
g An
Enbouts femelle
End for Size 3 Teflon ""
pour ligne à brake
Brake Hose
Coude pour ligne à br AN821 Male to Male "
An 90' Elbow Union,
Aluminium
Tuyauterie 3AN to 3/8 x 24 Brake
Adapteur pour
Adapter with Large
étriers
Hex for Washer
Discount
Tuyauterie - Pièce
Hex
Socket
Plug,
1/8"
Hydraulic Hose
pour étrier
NPTF Male (Steel)
Acier
8,5
2 756,00 $
50,00 $
2 806,00 $
415,00 $
240,00 $
30,00 $
30,00 $
445,00 $
270,00 $
20
4 59 $
4,59
91 80 $
91,80
Acier
Acier
2
1
13,80 $
21,00 $
27,60 $
21,00 $
Acier
7
5,89 $
41,23 $
Acier
1
9,00 $
9,00 $
Acier
9
5,49 $
49,41 $
Acier
3
0,13 $
0,39 $
16.8 Tuyauterie Adapteur pour
étriers
Pegasus racing
Acier
2
4,69 $
9,38 $
Steel Union, 3AN /
3AN (3/8-24)
Shipping
Total ligne à brake
17.1 Shocks
Fox DHX Coil
Belisle la source Acier
du sport OU
Intersport
=
30,00 $
279,81 $
4
627,15 $
0,00 $
2 508,60 $
Acier
2
72,00 $
30,00 $
174,00 $
Acier
2
45,00 $
30,00 $
120,00 $
1 800,00 $ 200,00 $
2 000,00 $
17.2 Shocks
17.3 Shocks
18.1 Joint Universel
Heavy-Duty U-Joint,
5/8 Bore x 3/4 Bore
18.2 Joint universel
Pegasus auto
sport
Steering Shaft U-Joint 5/8Jegs
19,1 Moteur
Honda CBR 600 RR
20.1 Knuckle
À fabriquer
21.1 Hub (Moyeu)
À fabriquer
22.1 Disque de frein
Drilled Steel Rotor 10.0 Jegs
23.1 Siège
T8 Hand KG Flexible Tillett Racing seatKevlar/carbon
Visible KEVLAR® No
Cover
1
Acier
CAD
3
1
3,52 CAD!
101,00 $
30,00 $
333,00 $
348,00 $
30,00 $
378,00 $
Annexe 10 : Estimation du temps requis pour l’assemblage
133
Évaluation du temps requis pour l'assemblage du châssis
Soudure (15 minutes par joints, 100 joints)
Pliage
Machinage
Autre temps de manutention
Sous-total
25 heures
3 heures
10 heures
5 heures
43 heures
Annexe 11 : Tableau des flux monétaires
135
Année
Début de l'an 1
Fin de l'an 1
Fin de l'an 2
Fin de l'an 3
Fin de l'an 4
Fin de l'an 5
Début de l'an 6
Étape 1
Étape 1
Étape 2
Investissement Flux monétaire de initial
l'année en cours
Montant actualisé
4 078 729,09 $
4 078 729,09 $
0,00 $
0,00 $
0,00 $
1 188 870,00 $
0,00 $
0,00 $
1 188 870,00 $
0,00 $
0,00 $
1 188 870,00 $
0,00 $
0,00 $
1 188 870,00 $
0,00 $
0,00 $
1 188 870,00 $
0,00 $
0,00 $
0,00 $
Total
‐4 078 729,09 $
Étape 7
Année
Début de l'an 1
Fin de l'an 1
Fin de l'an 2
Fin de l'an 3
Fin de l'an 4
Fin de l'an 5
Début de l'an 6
Total
Montant actualisé
Étape 8
Étape 9
Pertes d'économies d'impôts liées à Récupération du l'amort. fiscal
fond de roulement
425 097,30 $
‐94 128,69 $
425 097,30 $
‐94 128,69 $
407 872,91 $
Étape 2
Montant actualisé
0,00 $
1 061 491,07 $
947 759,89 $
846 214,18 $
755 548,38 $
674 596,77 $
0,00 $
Étape 3
Économies d'impôt relié à l'amort. fiscal
‐769 287,85 $
4 285 610,28 $
‐769 287,85 $
Étape 9
VAN
Montant actualisé
231 438,04 $
231 438,04 $
0,00 $
Étape 7
Valeurs résiduelles
749 166,68 $

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