清大賽車工廠的第四彈 赴日挑戰電動方程式賽車 !!

資料提供:清大賽車工廠
 
台灣過去官方並沒有很重視汽車工程技術的發展與教育,但國內還是有一群熱愛動力機械工程的一群大學生,不斷努力投入時間,研究如何打造出頂尖的方程式賽車,以在國際學生方程式賽車競賽脫穎而出,其中又以清大機械工程學系學生最具企圖心,讓我們來看看台灣學子的努力吧!
 
推出二代電動賽車
創新設計戰力強悍


由國立清華大學動力機械工程學系學生組成的清大賽車工廠,正式投入其第四屆參加學生方程式賽車競賽(簡稱FSAE),這場比賽是由美國汽車工程師協會創辦,已有38年的悠久歷史,被列為全球最高規格的學生工程競賽,亞洲站的賽事則是於2003年進軍日本,每年除了日本當地多所頂尖大學隊伍外,也會吸引許多來自奧地利、泰國、印尼等等逾2000名大學生組隊參加。今年特別的是,將有台大、成大、北科大等六校出車參賽,創下歷年來最多台灣的車隊參與紀錄。(小編當年認識他們時只有北科大、清大和南台科大車隊)
 
至於準備用來參賽的車輛,是車隊繼去年的初代後,所推出的大改款二代電動方程式賽車,車輛代號為TH04。由於電動方程式賽車的技術門檻與設計難度,比一般的油車還高,所以歷來電動車的速度,都很很難跟以引擎為動力的油車正面較量。為此,今年特別規劃進行電動系統的改良,選擇擁有最佳馬力重量比的EMRAX228電動馬達,並在工研院的協助之下,也順利完成馬達效率的調配,讓車隊可以在齒比選擇及電量搭載上做進一步的分析。


電池管理系統(BMS)、整個電池箱、及充電系統的設計都由團隊內學生一手包辦,電池箱的位置也從上一代的兩側,改放置於車身內部,減少空間的使用。
 
至於關係到續航力與馬力輸出的電池模組上,在搭載更多電池提昇電壓,並增加馬達輸出的情況下,改用重量較輕、體積較小的cLife_2295H3電池芯。在齒比的選擇上,今年以75公尺直線加速賽前三名為目標,使用Simulink軟體建模分析,得出39:11約3.54的減速比,預計電動賽車最高極速,能由去年的80km/h躍升到110km/h,甚至超越許多其他隊伍油車的最高速度。另外,捨棄原本的開放式差速器,改用德國製造商Drexler專為學生方程式設計的限滑差速器,在日本站的多彎賽道上能有更好的性能發揮。


車架是決定一台車的佈局、剛性和重量,而今年改進了車架減重和製造的精準度。
 
車架是決定一台車的佈局、剛性和重量,而今年改進了車架減重和製造的精準度,例如電池箱放置於車身內部而減去了7%的重量;例如將原本難以定位的圓管替換成方管,或是重新安排管件的配置,使懸吊系統有更多的位置選擇能夠放置避震器鎖點。除了車架結構的改善外,也製作更加真實的模擬車艙,以利於設計座艙空間。
 
而TH04的最大特點,就是採用全新的前拉桿與後推桿懸吊,前拉桿能大幅度的降低車頭重心並縮小防傾桿的體積,而後懸採用能將上下運動與滾轉運動分開的設計,可獨立調整彈簧K值和阻尼。轉向系統為了縮短軸距,自行開發了傘齒輪系統取代萬向接頭。最後,為了提高車手的駕駛的舒適性,未來將測試多種轉向比,參考車手的回饋之後再做最終的決定。


前拉桿能大幅度的降低前車重心以及縮小防傾桿的體積,而後懸採用將上下運動與滾轉運動分開的機構,能獨立的去調整彈簧K值和阻尼。


懸吊在A臂、推拉桿、三角塊上大幅使用碳纖維來取代原本的鋁合金或鈦合金,在重量與剛性上都會有所提升。


為了讓馬達煞車做最大的利用,能讓實際煞車更符合理想剎車曲線,做了碟盤的前後配的更動,前面直徑為240mm,後面直徑為220mm,並使用赤道Equater不鏽鋼碟盤。同時在試車時,會使用碟盤溫度變色膠和溫度貼紙來監測煞車的溫度,在煞車油衰退前就將其更換,確保煞車油的品質。


因日本賽屬於40-55km/h的中低速多彎賽道,不需要大型的空力套件,因此TH04放棄前翼和尾翼來減重,並在車尾加上Diffuser分流器,運用地面效應的原理,可以在額外重量增加不到兩公斤之下,提供足夠的下壓力。
 
在新車發表之際,車隊也宣布新成立研發部門,同時與國內廠商合作,致力於「四輪驅動」系統研發的未來計劃,透過四個馬達分別獨立控制四個輪胎,目標要再將電動賽車的速度再提升一個層級。目前的開發進程照著規劃持續進行,預計於2020年實際將系統結合到參賽車上。小編認為,FSAE這世界級的比賽能遠超出課本內容的實際設計及工業加工,是奠定一個國家未來的汽車工業實力強弱,台灣企業和政府應該多多重視。


清大賽車工廠成立至今邁入第四年,車隊的管理讓團隊逐漸壯大,還成立研發部門開發四驅系統,以作為車隊的知識傳承。
 


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