前辈的经验之谈：四年FSAE经验小谈。挺想认识这位前辈 - fsae吧

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彬木花道楼主

大家好我是Jerry_Tung。牛蛙之前让我写关于FSAE空气动力学的文章，我觉得作为一名FSAE前辈，我更应该把我眼中的FSAE告诉大家，而不光是对于空力的认识。中国的FSAE进步很快，但是与国外的差距还是很大的。希望我的一点经验能够帮助中国车队发展壮大，以后能在国际舞台上为中国争光。我可能会有一些或者很多观点你不认同或者完全就是错的，希望大家进行讨论，让我也学习学习。错别字或者病句请见谅。也希望大家加入QQ超级群115359127进行讨论。我们不光讨论技术，还讨论生活，政治等。希望FSAE人成为一个团体，一起努力壮大中国的汽车工程师团队。
我从2008年开始做FSAE，当我第一次进入车队，我觉得自己什么都不懂。一台车摆在我眼前，我觉得太神奇了，几个学生居然能造出这么一台小赛车，我想学习如何造一台赛车。在车队待了一年，没干什么牛逼的事儿，但是学了不少。我做的第一件事是仔细阅读规则，这应该是每一位FSAE人的第一步吧。读完规则，对比赛有个大致了解，然后才能做更多的研究。随后我开始看大量的照片，从照片中可以看出每个车队不一样的设计甚至是每一年规则的变化。然后我看了很多比赛的结果，找出最好的一些车队，研究他们的车都有什么特点。从那以后，我才开始学习如何设计一台车。我当时认为车的整体布局是非常重要的，所以我选择了学习悬挂。之后我转学到了Virginia Tech（以下称VT），在那里领导美国人做FSAE。今天我走完了我的FSAE之路，我发现，四年时间才足以让我知道什么是FSAE。
什么是FSAE？
这是一个大学生的赛车设计比赛。一个设计项目首先需要的是一个有结构的团队。在VT，我们把车队分成五个小组：
悬挂：悬挂设计，车架，Uprights，转向，悬挂臂，Bell Cranks
传动：差速，半轴，Hub，刹车，轮辋，
引擎：引擎调教，进气，排气，冷却，汽油
电器：电路，控制
空力：空力，车身
这样的分类虽然不是最科学的，但这不是关键，关键是这个结构在往后的工作中如何有效率地运转。每一个分组都有分组长，上面是队长，所以一般的车队有三个层面，队长和导师，分组组长，组员。无论什么团队，都应该有同一个目标。对于FSAE车队那就是在比赛中取得最高的分数。每一个车队都应该尽力去取得比赛胜利。那么一帮人因为同一个目的在一起，就成为了一个系统。FSAE这个系统，可以分4个层次，在此我引用一下Big Bird的分层：
Level 4 - PROJECT-LEVEL MANAGEMENT
Level 3 - COMPETITION LEVEL INTEGRATION
Level 2 - VEHICLE LEVEL INTEGRATION
Level 1 - DETAIL AND COMPONENT DESIGN
我对这个分层的理解是：
L1，最底层的是具体的零件设计，具体数字的计算，包括部件的CAD，FEA，CFD等。运用软件对部件进行分析预测是否可以胜任。这一个层面，应该是所有车队都能够最起码做到的。学会运动软件和手算对单独的问题进行分析，找出答案。在这里举一个例子，设计Bell Crank。那最基本的就是要会计算Bell Crank的受力，然后根据受力来做FEA，保证设计的Bell Crank又轻又不会坏。随后根据受力选择合适的轴承。那么以上这些就是最基本的，每一个参与设计的队员都应该有属于自己的方法来解决不同的设计问题。
L2，上面一个层次是车辆的整合。如何把设计的部件整合到一起，布局紧密，没有干涉。这一步需要一个有经验的设计师在刚开始就有一个大局的规划。如果没有大概的布局，那很多受力也就无法做出，那就无法让第一层实现。真个车辆的整合需要很多trial and error。使用CAD进行组装，保证无干涉的情况下，最好地利用空间。
L3，再上门一个层次是对比赛的把握。如何在比赛的每一个项目中，想方设法获得更多的分数。如果比赛出现意外，如何做决定，保证最终分值最大化。比如大家都很清楚，耐久赛300分加燃油100分，一共400分，那么保证完赛肯定是最重要的。对于每一个项目，都不能随意放弃或者不努力。

2012年06月09日 10点06分 1

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彬木花道楼主

L4，最顶层的是车队的项目管理。一个车队需要有一个总的带头人，这个人需要有FSAE经验，知道什么是重要的，带领车队合理利用时间。这个人同时需要对资金进行很好的管理，如何把钱用在刀刃上。每一次购买，都应该填好单子，队长签字以后才能购买，每一份支出都应该记录在案。这样不仅能有更清晰的财务报表，也能帮助下一届的队长对资金进行规划。分组长应该和队长共同管理车队的时间。在项目初期就应该有一个完整细致的时间规划，各各小组首先进行讨论，写一份计划，然后分组长和队长一起整合，有一份完整的计划表是非常非常重要的。写计划的时候，先把最重要，总的框架定下了，比如几号完成FEA，几号装配，几号交Cost Report，几号赛车需要运输到赛场。然后把更细小的事情填入进去。给自己足够的时间犯错，因为FSAE中的每一件事，都有可能要用比你想象多5倍的时间。如果车队有人进度上慢了，领导者需要介入进行帮助。车队队员失去积极性是非常常见的事情，队长们的工作就是来保证大家的工作激情。可以通过车队周末活动，一起喝酒等方法，让大家成为朋友，不光是在车队，在生活中也有很多交往。也可以采取其他你认为有效的措施来保证团队积极性。在这个层面上，队员又如何各执其责呢？对于具体到个人或者2个人的分项目，应该遵照常规的项目流程来工作。做一个项目最首先的，时间的管理，计划的制定，上面已经提到过。如果觉得计划不科学，应该及时提出并修改，并且让全队都知道，这样如果别人的部件和你的有冲突，大家可以一起讨论并重新规划。第二步是思考如何解决摆在面前的问题，比如材料尺寸的选择。这是一个概念问题，对不同的可能的方案进行对比。比如轮子尺寸的选择，摆在你面前的可能是10寸和13寸两种选择，那这时候就需要做比较细致的对比最终作出决定。当决定作出以后，进入下一个环节，具体的CAD, FEA等软件模拟。这里提一下CAD，车的CAD越细致越好，好车队的CAD都细致到垫圈和螺纹甚至螺栓头上的字。一个CAD草率的车队通常不是好车队。再往下一个环节就是生产，无论是外包还是自己生产，都应该保证自己不拖后腿。很多时候，一个车会因为一个部件的缺失无法进行测试。接下来一个环节就是装配，由于之前CAD把所有部件都已经画好，装配就很省事了。如果之前CAD没有画完整，那这时候你就可能需要花更多的时间来改变你的设计。再接下来就是测试了。当然在这之前你也可以做实验室内的测试，来模拟真车的情况。车辆的测试需要有很强的目的性，而不是人坐车里开几圈。我会在后面具体写如何测试FSAE赛车。测试完以后，利用测试的数据来校核之前的模拟，如果有任何问题，应该对部件进行重新设计，重新制造，重新测试。当这些都做完以后，项目也差不多接近尾声了，把时间花在准备比赛上面，保证比赛时发挥出最高水平。
接下来我想说一下如何造一台快车。毕竟速度在这个比赛中还是相当重要的。有了一台快车加上专业化的管理才是一个优秀的车队。很多同学的误区通常是一味地要造一台快车或者一台马力大的车。虽然他们是错的，但是车快一点是没错的。第一点，无论你用什么发动机什么轮子，多余的材料都不会帮助你。多余的材料会带来更多的支出，更多的重量。胖子没前途，重车也没前途。给大家一个基本的概念，一台“合格”的FSAE车，需要达到这个重量。重量为不计空气动力部件，全套空力部件总重一般不超过25kg。

那么如何做到“轻”呢？告诉大家我自己的减重经历。我们2011年的车，单缸+13寸重量是182kg不带空力，无法接受。我设计的车，单缸+10寸重量是145kg不带空力。我们在一年里，削减了37kg。我们是如何做到的？我们并没有采取大量的碳纤维部件，本来是碳纤维的，现在是碳纤维，本来不是碳纤维的，现在也不是碳纤维。一年37kg是非常不可思议的。首先一点，从13到10寸的沿边，直接削减10kg，如果使用LC0轮胎，可以减11kg。那么还有26kg是哪里减掉的呢？首先我们做的是列一个表格，把之前赛车上的每一个部件都列出来，然后把所有的重量都实测，写在上面。着手把每一个可以减重的部件减重。比如我们的刹车系统沿用了四缸时代的设计，那么既然现在单缸了，那刹车系统就不需要那么重了。有的东西只需要一点钱，就能减重。之前没有人在乎安全带的重量，我们购买了世界上最轻的安全带WILLANS。和舒马赫F1赛车上用的一样，由于WILLANS给所有FSAE车队打对折，所以价格还是可以的。我们从安全带上就减去了1.4kg。别小看这1.4kg，重量都是积累起来的，任何可以减重超过1g的我们就减，减重是一种态度。还有一点就是减重的任务，很大程度上，是悬挂设计师的任务。他在布局的时候，需要把所有东西以最小最轻最紧的方式去布置，这样无形中也可以省下很多。在部件设计的时候，需要大胆。相信自己的计算，相信软件。很多车的设计，一看就知道没有进行计算，完全没有设计可言。比如悬挂的螺栓，很多车队用8mm甚至10mm的，这些车队就是没有计算过的。用更小的螺栓可以减轻很多重量。

2012年06月09日 10点06分 2

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彬木花道楼主

而有的地方呢，却使用太小的部件，到最后车开开始测试了，结果断了。每一个主要部件都应该进行计算，保证强度，同时保证轻量化。我可以告诉大家的是，我们所有悬挂硬点的螺栓都是4.7mm直径的（AN级别强度，低于12.9）。
重量轻能让你变快，还有什么能让你变快？很多人以为马力很重要，其实马力根本不重要。一台四缸发动机的车，70匹和90匹的引擎在赛道上是几乎没有区别的。FSAE赛道就是这个特点，基本上没有什么直道，你一直在转弯，马力没有发挥的余地，所以也没有那么重要了。

我们可以看一下上海比赛这条赛道，绿色表示油门开度在60%以上。很显然，一圈里面，车手用于大油门的路程不到25%。也就是说只有在这个25%的路程里面，更大马力才可能会有一点优势。而这个优势。你们不妨计算一下输出50kw和输出40kw有多少的差距。大部分时间，赛车都在小油门转弯，所以提高赛车弯道速度才是王道。发动机只要不坏，一般不会拖你的后腿。一般来说一台四缸发动机可以输出最大功率60kw，一台单缸发动机最大功率40kw，如果一台四缸的车重量为220kg，车手70kg，那么总重就是290kg，功率重量比就是0.207。一台单缸的车，170kg，车手70kg，总重是240kg，功率重量比是0.167。就算假设弯道一样快，直道上绿色部分的优势也只能最多赢得3秒的时间优势（我做了简单的餐巾纸计算，你可以做一些更精确的计算），一共16圈会给你带来总共48秒，转化为分数大概是35分。在燃油经济中，单缸一般能比四缸车多得10到20分。也就是说从25%的赛道中，一台马力大的四缸车相比一台单缸车的优势在耐久赛的400分中充其量也就25分。而75%的赛道，更轻必定更快，出弯速度大了，直道上的劣势也就小了。目前世界FSAE的格局就是无论如何，四缸都没法赢，所以大家都开始搞单缸了，今年连TU GRAZ这样忠贞的四缸车队都换了单缸了，Maryland今年也换了单缸。自从2010年UTA以一台250cc发动机获得单圈最快速之后，人们开始真心觉得马力不重要了。2011年GFR又一次获得MIS的冠军，到了欧洲加上了空力，轻松比TU Munich快2秒一圈，慕尼黑完全不是他们对手了。今年GFR到MIS，轻松三连冠。再看美国西部的比赛，2010年要是GFR车不坏，那毫无疑问是第一，去年比赛GFR又坏了，ETS以单缸获胜。到欧洲，又是GFR和Delft两个最强单缸之间的争夺。谁还觉得四缸能赢呢？当然，如果有车队考虑搞单缸，应该做好第一年失败的心理准备。单缸是快，但是不是谁用单缸都能快的。重量不下来，车没法完赛，那结果都是一样失败。对一些经验丰富并且资金充足的车队来说，单缸是长久之计。
轮胎当然是一台赛车最重要的东西，毫无疑问。如果你觉得轮胎不是最重要的，那你应该多学学了。轮胎是赛车唯一接触地面的地方，赛车的加速度的力都来自于轮胎。在FSAE中，最主流的是Hoosier。Goodyear由于配方太硬，常年来一直无法与Hoosier竞争。我们之前2年也是Goodyear的忠实粉丝因为Goodyear每年免费给我们轮胎，但是Goodyear实在是不行，我们最终停止了使用。Goodyear的轮胎配方太硬，升温非常慢，在FSAE中已经几乎没有车队使用了。用Hoosier的大概有2种，13英寸的R25B配方或者10英寸的LC0配方。虽然Hoosier提供10英寸的R25B配方，但是由于没有LC0软，所有10寸的车队都使用LC0轮胎。10寸理论上胎壁更软，侧向刚度更差，但是由于配方非常软，外加重量要轻很多，优势还是很明显的。这也是为什么这个轮胎这么流行了。今年换10寸LC0的车队包括TU GRAZ, STUTTGART和RIT还有Zurich这些顶级的车队当然还包括我自己。我经历了这个演变，我知道这个胎的优势，我也看过轮胎数据，LC0确实要更粘一点，最终我推荐它。非主流的轮胎也不少，其中也有不错的，最推荐的是AVON的13寸轮胎，Oxford Brookes所使用的。FSAE的比赛竞争非常激烈，软轮胎意味着它们不耐久，所以准备好一些钱。中国赛竞争也越来越激烈，轮胎上的花费将成为车队之间有区别的主要因素之一。

2012年06月09日 10点06分 3

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彬木花道楼主

赛车测试。测试包括实验室测试和赛道测试。首先说下赛道测试。赛车组装完了，很多同学觉得完事儿了。大错特错，测试才是拉开车队差距的关键。我们车队今年从车第一次驾驶到比赛，一共经历了三个月。我认为两个月是一个底限，最好能测试四个月以上。也就是说十月份比赛，五月份就应该开始测试，这样做有三个好处。1保证车没不再出现问题，一般需要至少一个月时间。2通过测试来校核设计，看看真实驾驶中部件的性能是否和设计的相同。前面在空气动力部分已经提到了。车上的每一个主要部件都可以被测试。不光会让车队在设计项目中脱颖而出，而且会让下一年的学生在设计的时候更有信心，知道模型的误差。3车手有更多的时间熟悉赛车，在比赛的时候更自信。车手的差别大家都知道的，少则1，2秒，多则10秒一圈。辛苦设计和制造出来的赛车如果最终不能展现它的实力，那就太可惜了。赛道测试的第一步是制定一个详细的测试计划。这应该在测试前两三天完成。你的测试目的是什么，用什么方法来测，谁讲驾驶车手，几点钟离开车队去车场，几点钟测试，如果发生问题A，将如何处理，如果出现问题B如何处理，几点钟收拾回车队等。记录形式为2种，记录表格和用logger记录。没有logger的车队，应该用表格记录所有数据，有logger的，不光要用logger记录，全程所发生的任何事情都要记录下来。比如几点哪个车手在开，开了几圈等。这对于测试完了以后数据分析非常有用。有时候logger如果出了问题，至少还有手计的圈速而不是空手而归。所有测试日的数据应该全部整理在一个文件夹内，电子数据也放到专门的文件夹，以后如果有学生要看，应该立马可以找到数据。测试前的一天，通常要做悬挂调教（不是必须），确保角重左右对称，离地高度正确等（应该有一份悬挂调教表，上面有所有车辆可调部件的设定）。悬挂调教做完以后要做的就是测试前的全车检查。车队应该有一份车检表，每次测试日的前一天，都要完成表格，所有项目必须都打钩才能保证第二天试车的顺利。队长和分队长应该都签字确认车检的完成。这个表格中应该包括的东西有，我这里列举一些大项目。一张好的表格应该至少有50个要检查的项目。悬挂所有螺栓是否有松动，是否有严重的锈迹。电池电压是否足够启动车辆。是否有发动机液体的滴漏。发动机水位是否正常。刹车是否有液体滴漏，刹车踏板是否硬。测试日随车工具是否已经准备好。第二天天气如何，轮胎是否准备好是雨胎还是干胎等。所有东西准备好以后，第二天到了赛道还有一些东西要检查，比如胎压，汽油等（运输过程中车尽量不要装汽油）。测试日可以测的东西有很多，悬挂部件的受力可以用悬挂臂上的strain gauge测。半轴上也可以贴Strain gauge对传动受力进行测量。直线加速Launch control的测量和调教。Traction Control的调教。轮胎胎温的测量，胎压的调节。Camber toe的调节对车操控的影响。阻尼值的调教，弹簧的调教，ARB的调教。空气动力测试。油耗测试。还有所有比赛项目的模拟。测试中如果出现任何失败，都需要记录在失败记录表上。我们的车从测试第一天到比赛大概积累了50份失败记录表。表格中不光描述了失败零件的状况，失败的愿意，还包括往后如何防止类似失败的发生。这对车队往后的发展非常有帮助。测试完成以后，数据分析一般回去了再做，给自己足够的时间做计算并且记录结果。还有一种测试是实验室内的测试，包括发动机在台架上的标定，模拟受力测试等都属于实验室内的测试。现代F1通常会在实验室测试所有部件。因为赛道测试的时间是非常有限的，所以他们需要做更多的实验室内模拟。对于FSAE车队来说，虽然很多可以在赛道上测，有的没法在赛道测或者可以节约时间的测试就应该在实验室内完成。除了发动机标定，还可以包括气动换挡的测试（在台架上就可以做），车架的扭转刚度测试，IA碰撞测试，轮子upright和hub总装配的刚度测试，风洞测试等。同样需要做详细的计划和全程的记录。
之前提到很多文件记录，我觉得这个是一个车队长期发展最为重要的东西。人的大脑记录不下所有东西，而且学生毕业以后，很多数据和经验就会丢失。只有写下了，以后的人才能用。诸葛亮打仗的妙计到现在还在用呢。对于文件记录，从车队一开始设计就应该开始做，每个人都应该有一本笔记，记录所有设计思路，每天写一两页直到离开车队。离开车队之前，队员应该对这个笔记本进行整理，输入到电脑里，做成一份整洁的设计过程。之后每年的同学都应该在第一本的基础上进行增加，过了几年，这一本东西就成了车队圣经，之后的学生一看就知道前面的人怎么做。只有这样，车队才能一步步完善起来，一年比一年更好。所有会议的记录，照片，录像都应该在服务器上有清晰的文件夹路径便于以后的人使用。
现在就想到这么多，八千多字是不够把所有我知道的都写出来的，但是希望这些问题可以给你一个大体的框架，能够对你的车队有所帮助。我会去参观今年上海的比赛，如果你想认识我问我一些问题或者教我一些东西，我会很高兴跟大家见面。我希望在比赛过程中，大家要加强交流。千万不要把自己的车遮起来，你的车没有什么秘密。世界上好车多呢，之所以他们能造出好的车，是因为他们不光自己刻苦钻研，他们还善于互相学习交流。三人行必有我师，希望大家敞开大门和别的车队多交流，多学习。我去过美国密歇根的比赛三年，所有车队，如果你问他们问题，绝大部分他们都会认真回答，照片随便拍。当然问问题的同学请避免问一些太过于具体的问题。最后希望中国FSAE每年都有显著进步吧！

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