CAD CAM和CAE一级方程式的青睐团队

Tyrrell Racing Organization的首席设计师乔治·莱顿(George Ryton)对此表示赞同：“在一些大奖赛停站之间，我们必须重新划出部分赛车，进行改装，并在不到两周的时间内完成赛车比赛。”为了帮助他做到这一点，Tyrrell使用Autodesk的AutoCAD Release 12，Autodesk是1990年首次使用的供应商.Rinton说，绘图办公室在推出后的一年内完全转换为CAD操作。现在除了发动机之外，汽车设计的每个方面都有八个座位。

虽然Ryton的团队主要在2D工作，但他声称在3D中进行实体建模也很关键。例如，可以评估燃料箱的变化的质量和重心。“在比赛过程中使用燃料作为燃料的逐渐排空，”他指出，“可以显着改变汽车的操控性。不同的形状可以减轻这些影响，但最佳的形状和尺寸只能通过使用CAD快速处理替代设计。“

自动化技术东部是东海岸领先的自动化/机器人贸易展，提供微软，IBM洛克希德马丁等数百种最新的组件，控制器和取放器。

同样，Jordan Grand Prix使用Hewlett-Packard的Precision Engineering / ME10进行2D设计。该公司的Solid Designer基于面向对象的实体建模技术，可处理3D任务。这些工具不仅使团队工程师能够在冠军赛期间转换新的或改进的设计，而且还可以在淡季期间加快完全重新设计。

约旦设计工程师Robert Stubbings引用了今年的Jordan-Hart 195，它与其前身Jordan-Hart 194有很多共同点。当去年秋天设计开始时，只需按一下按钮就能获得194的所有数据。在新车上。“而不是重新绘制一幅又一幅草图，”Stubbings指出，“我们现在对个性化设计采用了更加结构化的方法。”

集成制造。威廉姆斯大奖赛十年前首次使用CAD开始，但最近才采用完全集成的计算机辅助工程包。威廉姆斯研发工程经理Chris Wheatley声称这种方法极大地方便了复合材料制造车身零件。

工程从Autodesk的AutoCAD产品开始，由CADlogic Ltd.提供，将设计概念转换为零件的计算机模型。该模型在计算机化流体动力学(CFD)包装上运行，可以指定一系列参数，包括流动模式，速度，迎角，气温和表面粗糙度。

使用有限元分析(FEA)添加结构细节，例如材料厚度和重量。优化程序确定最合适的形状和材料组合，数据直接下载到CNC制造中心。基于该模型的工具指令为复合材料零件创建模具，而软件在Misomex绘图仪/刀具上生成预浸料图案网，用于切割深度。

然后在移动到装配车间之前，将这些形状在高压釜中切割，铺设和固化;主软件指定预浸料的取向角度。惠特利说威廉姆斯使用了大约10种不同类型的预浸料。“用于切割预浸料的嵌套设计的有效性是如此之高，”他补充道，“废料现在已成为历史。我们剩下的只是”意大利面和小角落“。

通过这种方式，威廉姆斯可以完成从设计到最终检验的部分，而无需单一图纸。整个过程大约需要六天。

添加分析。在一级方程式赛车中，使用铝蜂窝结构和材料，如碳和杜邦公司的“Kevlar”，现在已司空见惯。复合材料总重量减少20%至25%，同时改善空气动力学和车身刚度。用于正面碰撞保护的吸能鼻模块和由模制复合材料部件开发的车身壳体生存模块 - 有助于屏蔽驾驶员。

为了充分利用其复合结构，Ligier团队使用了COMPOSIC(R)，这是一种来自Framasoft + CSI的复合结构分析工具。该软件应用于汽车车身外壳，使Ligier的设计团队能够执行以下分析功能：

侧面和外壳下表面以及集成翻转杆上的静态推力测试。

碰撞试验表示冲击速度为11米/秒时的正面冲击，此后壳体不得有任何损坏迹象。

零件行为预测，从空气动力整流罩到变速箱，再到前桥或后桥总成的部件。

Ligier的分析工程师Christophe Sauvan表示，复合材料对结构优化工具的要求特别高。参数，例如层厚度，纤维类型，层板角度，加固材料和层数 - 与多种模型变量相结合 - 为F-1设计团队提供了几乎无限多种可能的组合，以实现广泛的范围机械性能。

还必须将这些考虑因素与成本和响应时间进行权衡。“一级方程式赛场，”Sauvan解释说，“处于不断发展的状态，无论是设计，测试还是制造，交付日期必须降至最低.COMPOSIC帮助我们实现测试成本节约和制造成本经济效益降低测试次数，并优化材料利用率。在某些情况下，模拟使我们能够选择更便宜，不太复杂的材料，但最终会获得更好的性能。“

举个例子，Sauvan引用了车队的驾驶舱和后翅片支撑板。通过优化帘布层的方向，Ligier可以在不牺牲强度的情况下加入刚度较小，价格较低的材料。

并行协同作用。保持F-1赛车苛刻的产品周期至关重要的是能够在内部和供应商同时工作。去年迈凯轮车队的竞选活动就是一个很好的例子。随着新的引擎配置以及1994年面临的规则变化，团队转向使用Computervision的CADDS 5软件来完成1月份的截止日期。

首席设计师Neil Oatley解释说：“我们在10月初确认我们将使用新的标致V10发动机参加1994年的冠军赛。”由于迈凯轮与法国开发的发动机同时设计了这款车，因此该团队完成了时间表。标致汽车在发动机制造时以电子方式传输CADDS数据，使迈凯轮车队能够将新数据同时整合到模型中。

“这种特殊的发动机在”V“中有一个集成的热交换器来冷却油，这要求在它周围设计一个新的冷却系统，”Oatley说道。“说明该系统会对其他部件产生影响，所以不断敲击 - 效果。“

为新的冷却系统腾出空间涉及改变碳纤维单壳体的后部，其复杂的3D表面几乎不可能用手改变。然而，模型的改变只是通过调制解调器传递给迈凯轮的分包商进行加工。此外，单壳体工具是由坚固的工具块加工而成，如果没有CAD输入，这也是不可能的。

至于1994年的规则变化，Oatley指出了允许在比赛期间加油的规则，规定最低燃油箱限制为200升。较小的尺寸为冷却系统管道和其他部件留下了更多空间。同样，迈凯伦使用CV的CADDS物理特性包来计算新坦克燃料容量的体积，以及NURBS表面设计和实体建模，以创建新组件和CVNC制造它。

在一级方程式赛季期间，一场比赛可能会在最后一辆赛车越过终点线时结束，但另一场比赛刚刚开始：与时间赛跑。如果没有CAD，CAM和CAE的帮助，团队也可以回家。

规则变化驱动设计

国际汽车联合会(FISA)是控制一级方程式赛车的组织。以下是1995年颁布的规则变更：

禁止电子和计算机辅助液压系统，以便驾驶员必须更好地控制车辆。

空气动力学规则的修订，以便通过阶梯式纵向底部增加行驶高度，并且扩散器长度减少50%，从而显着改变汽车后部的下压。

发动机尺寸限制在3升，通常吸气(无涡轮增压器)。

增加最小重量和侧面碰撞测试。

前翼和后翼的尺寸比1994年中期进一步减少。

“这些变化可能是自1983年从地效车转向平底车以来最全面的变化，”Arrows Grand Prix车队技术总监Alan Jenkins说。“法规的各个要素本身并不特别困难，”詹金斯指出。“问题在于所需的设计工作量，这些变化几乎影响到汽车的每个区域。”