Fórmula SAE

Formula SAE es un concurso de diseño para estudiantes organizado por SAE International (anteriormente conocida como Society of Automotive Engineers, SAE). La competencia fue iniciada en 1980 por la rama estudiantil SAE en la Universidad de Texas en Austin después de que una competencia anterior de carreras de asfalto resultó ser insostenible.

Concepto

El concepto detrás de Fórmula SAE es que una empresa de fabricación ficticia ha contratado a un equipo de estudiantes de diseño para desarrollar un auto de carreras pequeño estilo Fórmula. El prototipo de coche de carreras se evaluará por su potencial como elemento de producción. El grupo objetivo de mercadotecnia para el auto de carreras es el corredor de autocross de fin de semana no profesional. Cada equipo de estudiantes diseña, construye y prueba un prototipo basado en una serie de reglas, cuyo objetivo es tanto garantizar la seguridad en la pista (los autos son conducidos por los propios estudiantes) como promover la resolución inteligente de problemas. Hay divisiones de combustión y eléctricas de la competencia, principalmente solo difieren en sus reglas para el tren motriz.

El prototipo de coche de carreras se juzga en varios eventos diferentes. El programa de puntos para la mayoría de los eventos de Fórmula SAE es:

Además de estos eventos, varios patrocinadores de la competencia otorgan premios por logros de diseño superiores. Por ejemplo, el mejor uso del combustible de etanol E-85, el uso innovador de la electrónica, la reciclabilidad, la resistencia a choques, el enfoque analítico del diseño y el rendimiento dinámico general son algunos de los premios disponibles. Al comienzo de la competencia, el vehículo se verifica para el cumplimiento de las reglas durante la Inspección Técnica. Su capacidad de frenado, estabilidad de vuelco y niveles de ruido se verifican antes de que el vehículo pueda competir en los eventos dinámicos (Skidpad, Autocross, Acceleration y Endurance).

Las grandes empresas, como General Motors, Ford y Chrysler, pueden hacer que el personal interactúe con más de 1000 estudiantes de ingeniería. Trabajando en equipos de entre dos y 30, estos estudiantes han demostrado ser capaces de producir un vehículo prototipo funcional.

Los voluntarios para juzgar el diseño incluyen a algunos de los ingenieros y consultores más destacados de la industria de las carreras, incluidos el difunto Carroll Smith, Bill Mitchell, Doug Milliken, Claude Rouelle, Jack Auld, John LePlante, Ron Tauranac y Bryan. Kubala.

Hoy, la competencia se ha expandido e incluye más de 12 eventos en todo el mundo. Por ejemplo, Formula Student es un evento similar aprobado por SAE en el Reino Unido, así como Formula SAE Australasia (Formula SAE-A) que tiene lugar en Australia. El Verein Deutscher Ingenieure (VDI) celebra la competición Formula Student Germany en el Hockenheimring.

En 2007, se inauguró una rama llamada Formula Hybrid. Es similar a la Fórmula SAE, excepto que todos los autos deben tener plantas de energía híbridas de gasolina y electricidad. La competencia se lleva a cabo en el New Hampshire International Speedway. [1]

En 2010, se inauguró la Formula Student Electric, que requiere que los estudiantes construyan un vehículo de carreras completamente eléctrico.

En 2017 se inauguró la Formula Student Driverless.

Resumen de reglas

Concurso estudiantil

La fórmula SAE tiene relativamente pocas restricciones de rendimiento. El equipo debe estar compuesto en su totalidad por estudiantes universitarios activos (incluidos los pilotos), lo que impone restricciones obvias sobre las horas de trabajo disponibles, los conjuntos de habilidades, la experiencia y presenta desafíos únicos que los equipos de carreras profesionales no enfrentan con un personal capacitado y remunerado. Esta restricción hace que el resto de normativa pueda ser mucho menos restrictiva que la mayoría de series profesionales.

Los estudiantes pueden recibir consejos y críticas de ingenieros profesionales o profesores, pero todo el diseño del automóvil debe ser realizado por los propios estudiantes. Los estudiantes también son los únicos responsables de la recaudación de fondos, aunque los equipos más exitosos se basan en programas curriculares y tienen presupuestos patrocinados por la universidad. Además, el sistema de puntos está organizado para que múltiples estrategias puedan conducir al éxito. Esto conduce a una gran variedad entre los autos, lo cual es una rareza en el mundo del automovilismo.

Motor (Competencia IC)

El motor debe ser un motor de pistón de ciclo Otto de cuatro tiempos con una cilindrada no superior a 710 cc. Se debe instalar un restrictor de aire de sección circular aguas abajo del acelerador y aguas arriba de cualquier compresor, con un diámetro no mayor de 20 mm para motores a gasolina, de inducción forzada o de aspiración natural, o de 19 mm para motores alimentados con etanol. El restrictor mantiene los niveles de potencia por debajo de los 100 CV en la gran mayoría de coches FSAE. Por lo general, se utilizan motores de motos deportivas de producción de cuatro cilindros y 600 cc debido a su disponibilidad y cilindrada. Sin embargo, hay muchos equipos que usan motores bicilíndricos en V y monocilíndricos más pequeños, principalmente debido a sus beneficios de ahorro de peso y empaque. Muy rara vez los equipos construyen un motor desde cero, algunos ejemplos incluyen la entrada V8 de 554 cc de la Universidad de Western Washington en 2001, el 'WATTARD' de la Universidad de Melbourne; motor en 2003–2004, y el V twin de la Universidad de Auckland.

Tren motriz eléctrico (competencia EV)

El acumulador no debe tener una tensión superior a 600V, pero no tiene límite de capacidad. Se instala un medidor de energía en la competencia que garantiza que no se consuman más de 80kW. La mayoría de los equipos optan por utilizar celdas de iones de litio, pero también se permiten las celdas de plomo y otros dispositivos de almacenamiento de energía, como los condensadores; i>acumulador en esta competición. Los voltajes y las temperaturas de las celdas deben monitorearse y las celdas individuales deben conectarse a través de enlaces fusibles. Estos desafíos llevan a muchos equipos (especialmente a los jóvenes) a utilizar módulos de celdas preconfigurados que se conectan entre sí en el recinto del acumulador. Los organizadores de la competencia intentan preparar a los equipos para la inspección técnica de los vehículos eléctricos de la competencia haciendo que los equipos completen un Formulario de seguridad eléctrica (ESF) antes de la competencia; este formulario describe muchas de las piezas utilizadas en el sistema de alto voltaje, así como las decisiones de diseño que está tomando el equipo.

Suspensión

La suspensión no tiene restricciones, excepto por las normas de seguridad y el requisito de tener un recorrido total de la rueda de 50 mm. La mayoría de los equipos optan por suspensión independiente en las cuatro ruedas, casi universalmente de doble horquilla. La suspensión activa es legal.

Aerodinámica

Los paquetes aerodinámicos complejos, aunque no se requieren para competir en la competencia, son comunes entre los equipos más rápidos en la competencia. Dado que las bajas velocidades de la competencia FSAE rara vez superan las 60 mph (97 km/h), los diseños deben justificarse minuciosamente en el evento de evaluación del diseño a través de pruebas en túnel de viento, dinámica de fluidos computacional y pruebas en pista. Los dispositivos aerodinámicos están regulados a través del tamaño máximo y los dispositivos aerodinámicos motorizados están prohibidos.

Peso

No hay restricción de peso. El peso promedio de un automóvil de Fórmula SAE competitivo suele ser inferior a 440 lb (200 kg) en configuración de carrera. Sin embargo, la falta de regulación del peso combinada con el techo de potencia un tanto fijo anima a los equipos a adoptar estrategias innovadoras de ahorro de peso, como el uso de materiales compuestos, proyectos de mecanizado elaborados y costosos y creación rápida de prototipos. En 2009, a la parte de economía de combustible del evento de resistencia se le asignaron 100 de los 400 puntos de resistencia, frente a 50. Este cambio de reglas ha marcado una tendencia en la reducción del tamaño del motor en un intento por ahorrar peso y aumentar la economía de combustible. Varios equipos de primer nivel han cambiado de autos de cuatro cilindros de alta potencia a motores más pequeños de uno o dos cilindros que, aunque generalmente generan mucha menos potencia, permiten un ahorro de peso de 75 lb (34 kg) o más, y también proporcionar una economía de combustible mucho mejor. Si un automóvil ligero de un solo cilindro puede mantener un ritmo razonable en la carrera de resistencia, a menudo puede recuperar los puntos perdidos en el tiempo total frente a los automóviles más pesados y de alta potencia mediante una puntuación excepcional de economía de combustible.

Ejemplo: En la Fórmula SAE de 2009 El evento West endurance, los finalistas de tercer lugar Rochester Institute of Technology completaron el curso de resistencia en 22 minutos, 45 segundos con su coche de cuatro cilindros, mientras que los finalistas de cuarto lugar Oregon State University terminaron en 22 minutos, 47 segundos con su coche de un solo cilindro; esto dio RIT 290.6 de 300 puntos para la porción de carrera del evento y OSU 289.2 puntos. Sin embargo, OSU utilizó el menor combustible de cualquier coche (.671 US gal (2.54 L), o 20.3 mpg_‐US (0.116 L/km) sobre toda la carrera de resistencia) y recibió los 100 puntos completos para la economía de combustible, mientras que RIT utilizó 1.163 US gal (4.40 L) (11.75 mpg_‐US (0.2002 L/km)) y por lo tanto sólo se le otorgó 23.9 de los puntos disponibles. RIT siguió ganando la competencia general por sólo 8.9 puntos sobre OSU, habiendo marcado un poco mejor en todos los otros eventos dinámicos.

Seguridad

La mayoría de las normas se refieren a la seguridad. Los automóviles deben tener dos aros antivuelco de acero de espesor y aleación designados, independientemente de la composición del resto del chasis. Debe haber un atenuador de impacto en la punta, y los datos de prueba de impacto en este atenuador deben enviarse antes de competir. Los autos también deben tener dos circuitos de frenos hidráulicos, arneses de carreras completos de cinco puntos y deben cumplir con las plantillas geométricas para la ubicación del conductor en la cabina para todos los conductores que compiten. Las pruebas de inclinación aseguran que no se derramen fluidos del automóvil en curvas pronunciadas, y no debe haber una línea de visión entre el conductor y las líneas de combustible, refrigerante o aceite. Los vehículos eléctricos también están equipados con un Circuito de apagado, que es el camino eléctrico físico que toma la corriente que cierra los contactores principales del vehículo. Todos los botones, interruptores y circuitos de seguridad forman parte del circuito de apagado, por lo que al quitar cualquiera de ellos debería ser físicamente imposible que haya alto voltaje fuera del acumulador.

Historia

En 1979 se llevó a cabo el único SAE Mini-Indy en la Universidad de Houston. Concebido por el Dr. Kurt M. Marshek, el concurso se inspiró en un artículo de procedimientos que apareció en la revista Popular Mechanics, para un pequeño "estilo Indy" vehículo hecho de madera y propulsado por un motor Briggs and Stratton de cinco caballos de fuerza. Usando las competencias de Mini Baja como guía, los estudiantes de ingeniería tuvieron que diseñar y construir pequeños, "estilo Indy" vehículos que utilizan el mismo motor de serie utilizado en el artículo de Popular Mechanics. Entraron trece escuelas y compitieron once. La Universidad de Texas en El Paso ganó la competencia general bajo la supervisión del jefe.

Aunque el Dr. William Shapton (quien recientemente dejó la Universidad de Cincinnati para unirse a la Universidad Tecnológica de Michigan) planteó la idea de organizar una competencia similar en 1980, nadie se atrevió a organizar otra Mini-Indy.

En 1980, cuando los miembros de la nueva rama estudiantil SAE de la Universidad de Texas (Austin) se enteraron de que el Mini-Indy había muerto, generaron el concepto de una nueva competencia interuniversitaria de diseño de ingeniería para estudiantes que permitiría a los estudiantes aplicar lo que estaban aprendiendo en el salón de clases un problema complejo de diseño de ingeniería del mundo real: diseño y desarrollo de un auto de carreras. Los miembros de la rama estudiantil de UT SAE, Robert Edwards y John Tellkamp, dirigieron una discusión entre los miembros de UT SAE e imaginaron una competencia que involucraría el diseño y la construcción de un auto de carrera similar a la serie de carreras de nivel de entrada SCCA Formula 440 que era popular en ese momento. Al profesor Matthews se le ocurrió el nombre de "Fórmula SAE" siguiendo el formato de la Fórmula A y la Fórmula Vee, pero enfatizando que este nuevo auto de carrera era una competencia de ingeniería en lugar de una competencia de pilotos. Las escuelas se reunirían después del final del año académico para competir y determinar quién había construido el mejor automóvil. Edwards, Tellkamp y sus compañeros estudiantes de UT SAE Joe Green, Dick Morton, Mike Best y Carl Morris redactaron un conjunto de reglas de seguridad y competencia y las presentaron a los miembros de la rama estudiantil de SAE y al asesor de la facultad de UT SAE, Prof. Ron Matthews. Luego, el profesor Matthews se puso en contacto con Bob Sechler del Departamento de Relaciones Educativas de SAE en la sede de SAE y le pidió permiso tanto para establecer la nueva competencia intercolegial de diseño de ingeniería para estudiantes como para organizar la primera competencia de Fórmula SAE durante el verano de 1981, y estuvo de acuerdo. La rama UT SAE recién formada, compuesta principalmente por entusiastas de la automoción y las motocicletas que buscan títulos en ingeniería, incluidos varios que habían dejado carreras en campos para los cuales el mercado laboral prácticamente había desaparecido debido a la economía deprimida a principios de la década de 1980, incluidos algunos mecánicos automotrices experimentados, abrazó y adoptó el concepto con poca idea de en lo que se estaban metiendo. Los oficiales de la rama estudiantil de SAE, Mike Best, Carl Morris y Sylvia Obregon, junto con el Dr. Matthews, comenzaron a planificar y organizar el evento que se llevará a cabo el año siguiente.

Aquí, es importante tener en cuenta que Formula SAE NO fue un simple cambio de nombre de la competencia Mini-Indy, sino que fue una competencia interuniversitaria de diseño de ingeniería para estudiantes completamente nueva. A diferencia de todas las competencias anteriores de carreras/diseño para estudiantes sancionadas por SAE, incluida la Mini-Indy, las reglas de Formula SAE dejaban la selección del motor al equipo de diseño, siempre que se usara un motor de 4 tiempos con un limitador de admisión de una pulgada de diámetro. (Las reglas actuales de Fórmula SAE permiten que los equipos usen motores de 4 tiempos de hasta 710 cc, con un limitador más pequeño). Además, a diferencia de todas las competencias anteriores de diseño/carreras estudiantiles sancionadas por SAE, incluida la Mini-Indy, las modificaciones del motor estaban permitidas y motivado. La primera competencia de Fórmula SAE se llevó a cabo en el estacionamiento del campo de béisbol de UT (campo Disch-Falk) en el campus de la Universidad de Texas el fin de semana del Día de los Caídos en 1981. Los jueces incluyeron al legendario ingeniero/propietario/piloto de autos de carrera y al campeón de Indy 500 Jim Sala. Mientras que una repentina tormenta de lluvia en Texas hizo que todos buscaran refugio justo antes del evento de resistencia de ese día, el clima no logró desalentar el ánimo de los estudiantes, jueces o espectadores y nació la Fórmula SAE. La Universidad de Texas continuó organizando el evento de 1982 a 1984 a medida que crecía la popularidad y el número de participantes. En estos años posteriores, UT trasladó la competencia de Fórmula SAE a otras áreas de estacionamiento que incluían cambios de elevación y plataformas de acceso que obligaron al uso de suspensiones funcionales. El evento se internacionalizó en 1982 con la entrada del equipo de la Universidad La Salle de la Ciudad de México. Los cambios significativos en las reglas para 1982 fueron: 1) un límite de desplazamiento de 600 cc (300 cc para Wankels), pero se retuvo la regla del restrictor de 1 pulgada de diámetro, 2) un requisito para la suspensión independiente en las 4 ruedas (Mini-Indy no tenía cualquier regla de suspensión), y 3) la adición de una clase temporal de vehículos "B&S" que se diseñaron originalmente para Mini-Baja, tuvo que conservar el motor Briggs & de 8 hp; motor Stratton, y no necesitaba cumplir con la regla de suspensión independiente en las 4 ruedas. La Fórmula SAE siguió siendo una competencia internacional cuando regresó el equipo de la Universidad La Salle. Con las únicas restricciones del motor siendo un límite de cilindrada de 600 cc y un diámetro máximo de 1 pulgada para la admisión, floreció la creatividad. También en 1983, se eliminó la clase temporal B&S, la Universidad de Texas en Austin ingresó al primer vehículo compuesto de Fórmula SAE y la Universidad de Marquette ingresó al primer motor turboalimentado. Las reglas permitieron que un automóvil de Fórmula SAE compitiera durante dos años en reconocimiento del esfuerzo requerido para construir y probar un automóvil de calidad. Esto también permitió a los estudiantes la experiencia de rediseñar y mejorar los elementos de diseño que no funcionaron. Las reglas de 1984 permitían específicamente los turbocompresores, supercargadores y el uso de óxido nitroso, pero el motor tenía que respirar a través de un orificio de salida de 25,4 mm del carburador (1984 fue mucho antes de la inyección electrónica de combustible). Los restrictores de admisión del motor se ajustaron más tarde a medida que los autos se volvían más rápidos año tras año a medida que el conocimiento se transmitía dentro y entre los equipos. Además, se promulgó una regla de distancia entre ejes de 65 a 100 pulgadas, al igual que una regla que exige que todos los vehículos tengan una "carrocería que se asemeje a un auto de fórmula". El campo de Fórmula SAE había crecido a once autos en 1984, por lo que la Universidad de Texas en Austin decidió que la competencia había madurado lo suficiente como para pasarla a otros anfitriones.

La Universidad de Texas en Austin organizó la competencia hasta 1984. En 1985, la competencia fue organizada por la Universidad de Texas en Arlington. Allí, el Dr. Robert Woods, con la orientación del comité de actividades estudiantiles de SAE, cambió el concepto de la competencia de uno en el que los estudiantes construyeron un auto de carreras puro, a uno que reflejaba las competencias SAE Mini-Baja, donde debían diseñar y construir un vehículo para la producción en serie limitada.

General Motors organizó la competencia en 1991, Ford Motor Co. en 1992 y Chrysler Corp. en 1993. Después de la competencia de 1992, los tres formaron un consorcio para administrar la Fórmula SAE.

Al final de la competencia de 2008, el consorcio dejó de existir. El evento ahora está financiado por SAE a través de patrocinios y donaciones de la compañía junto con los equipos ' cuotas de inscripción

Ganadores