障碍重重:混合动力方程式大赛学生工程师们被复杂性所困 [幻灯片]

在今年第五届年度达特茅斯混合动力方程式大赛中,许多车队在将雄心勃勃的油电混合动力设计转化为可靠的赛车方面遇到了困难。

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随着混合动力汽车市场逐渐升温,未来的工程师们体验设计和制造由内燃机和电力组合驱动的汽车是很有意义的。然而,混合动力技术远非一门精确的科学,正如学生工程师们上周在位于新罕布什尔州劳登的新罕布什尔赛车场举行的国际混合动力方程式大赛上发现的那样。

达特茅斯学院第五届年度混合动力方程式大赛要求学生团队构思、设计、制造、开发和驾驶方程式风格的混合动力汽车——重量在180公斤至270公斤之间——在一系列测试其赛车加速性、操控性和耐力的项目中进行比赛。然而,在任何赛车被允许上赛道之前,都需要通过对其机械和电气系统的技术检查。各车队还需要向评审团提交其赛车的商业案例,并阐述其设计目标。

这些障碍对绝大多数参赛者来说都证明是难以逾越的。在注册参加混合动力方程式大赛的33支车队中,只有21支车队参加了比赛,考虑到该赛事过去的成功,参赛队伍之少令人惊讶。而且,当真正开始比赛时,超过一半的车队未能通过检查,甚至从未驶出维修区。

最终,德州农工大学的车队遥遥领先于其他竞争者,紧随其后的是杨百翰大学、瑞典隆德大学、加州大学戴维斯分校和达特茅斯学院。德州农工大学是唯一一支参加了所有四个主要类别的比赛的车队,这四个类别测试了赛车的电动加速性能;通用加速性能(燃油或电动);操控性和操控性;以及耐力——全部赛程超过22公里(赛道40圈)。2010年,24支车队中有14支参加了所有四个类别的比赛。

达特茅斯工程创新教授John Collier表示,今年混合动力方程式车队在通过检查并进入赛道方面遇到困难的原因有很多,但最主要的原因是大多数车队在设计赛车时采取了过于雄心勃勃的方法。John Collier同时也是达特茅斯车队的指导老师。“我认为孩子们试图采用更复杂的技术,因此目标定得更高,但这使得赛车更难正常运行,”他补充道。

Collier说,例如,达特茅斯车队本可以将其赛车基于“一台性能良好的化油器本田发动机”。但学生们今年选择采用燃油喷射系统以提高燃油经济性。然而,燃油喷射本田发动机没有配备电动马达启动器,这使得从燃油动力切换到电力动力变得更加复杂。“因此,学生们为了让他们的赛车按照他们设计的方式运行,增加了大量的复杂性,”他补充道。学生们一直工作到最后一刻才准备好他们的赛车参加比赛——达特茅斯车队的赛车甚至在比赛的最后一天之前从未依靠自身动力进行过测试运行。

许多车队避开了将燃油动力和电力动力相结合的直接方法。相反,一些车队设计的赛车为每个车轮都配备了电动马达。“这样一来,你突然要控制四个马达,而且你知道,如果你不分别控制它们,转向就会变得非常困难,”Collier说。有了四个马达,“你还需要一台计算机来感知每个车轮的情况,这意味着你必须在每个车轮上安装一个速度传感器。”

学生们在开发混合动力汽车时面临着另一个挑战:这项技术仍然相对较新,因此没有很多适合各种设计的标准部件。“你无法从现有的混合动力汽车中取出任何部件并用于另一辆混合动力汽车,”Collier说。“没有哪个部件是现成的连接件。”

Collier承认,今年是很不寻常的一年,并补充说:“我认为明年你会看到车队更早地准备好他们的赛车。”

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