ENGINEERINGNET.BE - Laurens Vangilbergen, chief electronics en Thomas Verkinderen verantwoordelijk voor het steering system, vertellen onder andere over verbeteringen die via topologie-optimalisatie zijn gerealiseerd.
2022 overtreffen
Formula Student is een internationale ontwerp- en racecompetitie voor studententeams. In 1980 gestart aan de Universiteit van Texas in Austin en daarna wereldwijd uitgegroeid tot een jaarlijkse uitdaging voor vele duizenden technische studenten van hogescholen en Universiteiten.
Zij strijden in teamverband met een zelf ontworpen en gebouwde raceauto met andere teams in de wereld tijdens regionale competities in verschillende landen. Daarbij worden alle deelnemende raceauto’s beoordeeld op basis van een aantal statische en dynamische tests. Bij de statische tests, waaronder een businesspresentatie, zijn 325 punten te verdienen en bij de dynamische 675 punten.
Elk team kan één of meerdere van die tests winnen en afhankelijk daarvan ook nog de competitiewinnaar worden. 2022 was voor het Belgische team één van de meest succesvolle jaren, met als afsluiter het winnen van de Formula Student Online competitie waarin de concepten en ideeën voor de volgende wagen worden beoordeeld.
Doorlooptijd winnen
Formula Student raceauto’s bestaan net als F1-bolides uit een chassis met aerodynamische vleugels voor ‘downforce’, elektromotor(en), motorcontroller(s), vier wielen en wielophangingen aan het chassis.
“Wij gaan dit jaar meerdere onderdelen lichter maken, zoals de monocoque, rims, motoren en elektronica. Vanwege het vervangen van de carbonvezels in onze achtervleugel door duurzame vlasvezels en het toevoegen van een semi-actief systeem, neemt het totale gewicht van de nieuwe raceauto iets toe”, zegt Vangilbergen.
Behalve op mogelijke optimalisaties van belangrijke onderdelen heeft het Formula Electric Belgium team zich in de ontwerp- en engineeringfase gefocust op het makkelijker produceerbaar maken van alle onderdelen. Daarmee kunnen ze namelijk kostbare doorlooptijd winnen voor de testdagen en daaruit voorkomende optimalisatiemogelijkheden.
“Ondanks steeds betere ontwerp- en engineeringtools blijven fysieke rijtesten belangrijk om de maximale prestatie uit een raceauto te halen”.
Topologie-optimalisatie
Tijdens de ontwerpfase maken topologie-optimalisaties het mogelijk om het gewicht van onderdelen te reduceren. Daarmee kun je namelijk de materiaallay-out binnen een bepaalde ontwerpruimte optimaliseren, op basis van alle belastingen, randvoorwaarden en beperkingen, met als doel de prestaties te maximaliseren.
“Ik heb dit jaar bijvoorbeeld onze stuurbeugel geoptimaliseerd met Altair Inspire”, vertelt Verkinderen. “Dat is een kritische beugel die stijf en sterk genoeg moet blijven om alle stuur- en remkrachten op te vangen. Met enkele iteraties ben ik erin geslaagd om het gewicht daarvan te reduceren tot zo’n 600 gram, in vergelijking met vorig jaar nog 2,5 kilogram.”
“Die simulatiesoftware is intuïtief te gebruiken en waarin je eenvoudig 3D-modellen uit andere ontwerpprogramma’s kunt importeren en meshen voor het optimaliseren. Dat heb ik mijzelf aangeleerd via youtube-filmpjes en informatie op hun website en forums.”
Zelfrijdende auto
Dit jaar gaat het Formula Electric Belgium team ook de in ontwikkeling zijnde zelfrijdende raceauto verder verbeteren, maar daarmee nog niet deelnemen aan wedstrijden voor zelfrijdende auto’s.
“In 2022 heeft het vorige team laten zien dat de software en besturing daarvoor al ver klaar zijn, dus ligt de uitdaging bij ons om ook deze auto aanzienlijk competitiever te maken”, aldus Vangilbergen.
“Maar ook de benodigde algoritmen te verbeteren en uit te breiden, door elk dynamisch event van de driverless-competitie erin te implementeren. Onze meest zichtbare verandering ten opzichte van de voorgaande auto’s is de LIDAR-sensor die op de neus is gemonteerd.”
“Deze wordt gebruikt voor het scannen van de omgeving om alle kegels te identificeren die de rijbaan afbakenen. Andere wijzigingen zijn een compacter en daardoor ook lichter Emergency Brake System en stuurpakket. Gelukkig helpen enkele extra thesis studenten ons bij alle benodigde werkzaamheden, hoofdzakelijk om onderzoek te doen naar mogelijk optimalisaties van onze algoritmen.”
Prestatieverbeteringen
Omdat het Formula Electric Belgium team in 2022 zo goed heeft gepresteerd ligt de lat voor het nieuwe team de komende zomer extra hoog. “In plaats van alle onderdelen vanaf scratch te ontwerpen en te maken, werken wij dit jaar dus meer aan mogelijke prestatieverbeteringen”, vervolgt Vangilbergen.
“Een voorbeeld daarvan is het verbeteren van de efficiëntie van onze aandrijflijn, om nog meer prestatie uit onze motoren te halen. Ook hebben wij een compactere ECU ontwikkeld en verbeteringen gerealiseerd om de batterijen beter te koelen. Verder gaan we regeneratief remmen toepassen om de energie terug te winnen die anders tijdens het remmen verloren zou gaan”.
Om mogelijke verbeteringen te ontdekken en te realiseren heeft het team de eerste maanden veel virtuele en fysieke tests uitgevoerd. Of alles bij elkaar genoeg is om nog betere resultaten te behalen dan in 2022 wordt natuurlijk pas tijdens de races in juli en augustus duidelijk.
