E级方程式赛车——将电动车开上赛道.

2018-01-12 10:13:04 post by microhm

在全球各大城市举办这类比赛很有意义,因为这些城市在推广电动汽车改善空气品质方面,可作为表率。

笔者有幸与Andretti车队的联合负责人Roger Griffiths,以及与该团队合作的TE Connectivity的机械工程师Judith Henzel进行了交谈。


作为车队的联合负责人,Roger担任Andretti Autosport车队的赛车运动开发总监,负责Andretti Autosport竞赛的所有领域,包括印地赛车阶梯(INDYCAR ladder)和Andretti E级方程式,以及Volkswagen Andretti Rallycross。除作为Andretti E级方程式的联合负责人外,他还是Andretti Technologies的重要人物,协助塑造电能在赛车运动中的未来。


每6个月,就会有一名新的TE Connectivity工程师被安排到印弟安纳波利斯(Indianapolis),与车队一起旅行,履行合作伙伴关系的使命。

Judith Henzel是在E级方程式赛事工作的三位女性工程师之一。在担任此职前,她是TE Connectivity汽车产业的专案经理,负责监督原始设备制造商(OEM)的全球技术资讯娱乐专案。 Judith拥有德国威斯巴登应用科学大学机械工程学位。


目前,由老板Michael Andretti领衔的Andretti车队排名第13位——13是义大利的幸运数字(图1)。 Andretti车队刚刚在纽约布鲁克林(Brooklyn,也是笔者的家乡)完成了7月份的比赛,纽约是这些城市街头赛事的全球主要城市之一,且是第三赛季的一部分。

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电子技术和感测器使车队达到新的速度水准,同时利用TE Connectivity Andretti Technologies E级方程式测试车作为车轮上的创新实验室:从赛道到公路——开发感测器和连接方案,使车辆更可靠、引擎更洁净,且未来的汽车连接也将更丰富。


还是住在布鲁克林的青少年时,我们会去布鲁克林码头区,在星期六晚上观看未经批准的比赛(60年代,布鲁克林的事都未被批准)。那里挤满了年轻人,有些参加比赛,大多数是观众。不久前,E级方程式赛事在布鲁克林红钩区的布鲁克林游轮码头批准的赛道上进行——这是我当年观看短程加速赛事的同一个地方——勾起了我的回忆。


请记住,通常情况下,无论是否电气化,任何赛车的构造通常都是非常保密的,因此很少有公开的资讯。不过,以下我将尽力从我能找到的技术资料中向读者提供有关E级方程式赛车的完整技术概况。


前三个赛季

第一赛季中的所有10支车队都使用了几乎相同的硬体——这使得第一场比赛非常接近,直到最后才分出胜负。


˙第一赛季——2014/15年


在第一赛季,所有车队都使用相同的指定底盘和动力总成。底盘由Spark Racing Technology(透过Dallara)制造,汽车电池由Williams Advanced Engineering提供,马达和逆变器来自McLaren先进技术(基于该公司的P1超级跑车),五速变速箱由Hewland Engineering提供。


电池能量使用量设定在28kWh;峰值允许功率在竞赛模式下为150kW,在排位赛模式下为200kW,竞争对手可在底盘设置和能源策略而非动力总成秘诀中找到获胜筹码。进入全新赛道对赛车工程团队而言,只能有限制的建模和模拟。


˙第二赛季——2015/2016年


在第二赛季,被批准为制造商(constructor)的车队可以建造自己的动力传动系统;在该赛季开始的10支车队中,有7支用自己的解决方案进行了比赛。电池继续由Williams提供,相同的底盘将继续使用,直到该赛事的第四赛季结束。 Mahindra的M2Electro从第一赛季的赛车发展而来,采用了McLaren设计的动力总成,结合了四速Hewland变速箱,以及一些创新技术,以进一步提高效率。


也有许多来自其他车队的新配置,传动范围从直驱直到五速。大多数车队使用一个马达,但有两个车队选择尝试双马达方案。比赛中允许的峰值功率提高到170kW,排位赛仍维持200kW;允许的能量使用量没有改变,仍为28kWh。


˙第三赛季——2017/2018年


底盘和电池供应商仍保持不变;尽管能量和功率指标保持不变,但赛车电池已经被Spark(透过Williams)更新和升级。然而,再生制动下可回收能量的等级已从100kW提升至150kW。请参见之后的再生制动的章节。


系统设计

E级方程式赛车是一个前瞻性的赛车系列,专注于可移植到下一代道路车辆的技术。然而,赛车仍然完全由车手控制,可谓全电动E级方程式运动仍然是项真正的车手运动。


˙再生制动


车队被允许利用再生制动(仅透过后桥)获得能量的等级,已从第二赛季的100kW攀升至第三赛季的150kW。这个工作中需要考虑电动马达和变速箱设计,因为设计师需要确保赛车的任何部分在再生的上限都不会接近出故障的状况。


在第一赛季,当提供给车队的标准零件不能应付再生引起的突然的反向负载时,有许多变速箱发生断裂——这只是E级方程式中的特例。


由于液压制动系统是固定的,不像其他运动中那样动态变化——第二季的100kW容量导致制动平衡不一致,因此再生极限的增加可以使汽车更容易驾驶。借助现在第三季的150kW,汽车平衡将可望改善。


˙方向盘


在第一赛季,配备了一个法国制造的Spark XAP方向盘,具备彩色LCD显示器、换挡提示灯和三个旋转控制开关,方向盘后面有四个拨片(paddle)。两个拨片用于换挡;一个用于再生设置;一个用于解锁FanBoost电源。每个零件的功能都由标准的动力总成系统控制。


在第二赛季,因为引进了多家新的动力总成制造商,所以需要不同功能。现在,车队被允许对第一赛季的标准零件设置进行定制。


第三赛季的XAP新装置已经到位,可以完全配置。它有6个后拨片、6个控制旋钮(其中一个控制制动偏置)、10个按钮、一些LED警告灯和1个更大的彩色LCD仪表板显示器。 6个拨片排成一排,较小的位于顶部和底部,将较大的拨片夹在中间。上方的四个拨片由磁铁保持关闭,以便在拉动时做点击动作,其中每个拨片都操控一个微动开关以产生「开关」效果,下方的两个拨片装有弹簧,因此与上方四个拨片相比,产生的效果是渐变的。


方向盘具有可定制功能表,以便车队和车手可以访问汽车的控制系统,便利性远超上一版简单的5页功能表。在仪表板上方是一排LED灯,在第一赛季配置中用于指示何时变挡。还有个由三个LED组成的三角形阵列——它们是国际汽车联盟(FIA)警示灯系统,会点亮一盏LED来匹配赛道边比赛指挥者所挥舞的彩旗。


总体来讲,在第三赛季和E级方程式竞赛中,方向盘控制器数量的增多和控制软体的开放,为车队和车手提供巨大可能性。例子之一是变速箱换挡,这可以使用前四个拨片中的任一个甚至是按钮实现。对于具有双速变速箱的车队(约为第三赛季参赛车队的一半)来说,可以使用单一拨片进行换挡:按一下一次升挡,再击降挡(中位通常透过单独按钮选择) 。在第三赛季,在再生制动下允许被捕获的能量已经增加,这给了座舱内的驾驶更大的考虑空间。现在,因为驾驶知道能够回收一些能量,能按计划完成一个赛程,所以他们可立即决定,在比赛中的某些时刻是跑得更快还是更稳健地防守。


有些人认为,新的方向盘比大奖赛2(GP2)车所用的更复杂,但与一级方程式或世界耐力锦标赛(WEC)的勒芒原型车1组(LMP1)的方向盘相比尚不可同日而语。另外,车队设置新方向盘的方式是保密的,仅可知车手和其车队现在可以使用更多工具。


文章来源:EET 电子工程专辑


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