百公里加速2秒的電動車是如何打造的？

前段時間，由蘇黎世聯邦理工學院和盧塞恩應用科學與藝術大學的學生打造的電動賽車Grimsel實現了從零到100公里1.785秒的加速，打破了此前由荷蘭代爾夫特理工大學方程式車隊保持的2.134秒的紀錄。作為參考，布加迪威航16.4超級運動在100公里內加速2.46秒，電動汽車天生適合加速的優勢得到了完美展示。

為了普及電動賽車的專業知識，本文簡要介紹了荷蘭代爾夫特理工大學制造的DUT14賽車。數據來自荷蘭DUT團隊的官方網站。

Dut14賽車參加了比賽

動力總成

Dut14賽車的整備質量只有149.2Kg，百公里加速2.3秒。它由四個輪轂電機驅動，型號為AMK DT5-14-10，可實現牽引扭矩控制和制動能量回收。單臺電機最大功率為27kW，單臺電機的最大扭矩為28N.m。輪轂電機的優點包括：

1.可以大大節省車內空間，增加設計自由度，提高傳動效率；

2.響應速度快，驅動電機響應時間僅10ms，有利于良好的控制效果；

3.車輛的行駛動力學大大提高，每個電機的驅動/制動扭矩都是獨立可控的，通過獨立控制每個電機的扭矩可以改變作用在車輛上的偏航扭矩，產生縱向力，甚至可以直接控制電動車輪，實現轉向差速器和行駛防滑，從而有效地提高了車輛的操縱穩定性。

Dut14的相關參數

輪轂電機要求高度輕便和緊湊，因此DUT團隊與德國電機供應商AMK合作，DUT學生對電機進行了改造，并設計了自己的機械連接和冷卻系統。電機的最大輸出功率受到熱管理的限制，因此DUT團隊通過在外殼中集成水冷系統實現了最大功率輸出。

Dut14的懸架和電機

鋰電池的輸出電流是直流的，但由于交流電機的功率和輕量化性能更好，最終的解決方案是交流電機和逆變器的電源組合。選用AMK KwS-26電機控制器，采用IGBT逆變器對帶寬進行控制。四個電機控制器對應四個輪轂電機布置在駕駛員座椅下方，效率超過98%。為了確保安全，它由碳纖維外殼保護，并通過CAN總線與ECU通信。

DUT團隊還獨立開發了BMS電池管理系統。鋰聚合物電池由深圳市宏興科技有限公司有限公司提供，并由荷蘭KEMA實驗室進行測試。電池組由288個單電池組成，每兩個電池并聯，形成144個串聯電池組，輸出功率為85kW。制動能量回收可承受50kW，在最高電壓600V時可吸收6.3kWh的能量。電池系統的總重量為43公斤，分為兩個電池艙。電池組布置在車輛重心附近，可承受2 g的最大加速度。。

汽車電子系統

ECU（車輛控制單元）采用ARM Cortex M4微控制器，采用C語言編程，可以分別控制每個電機的速度。該系統包括電源管理模塊、安全模塊和控制模塊，其中電源管理模塊需要將相對較低的電池電壓轉換為每個電子系統所需的不同電壓。當所有子系統啟動時，這些變壓器的峰值負載可以達到250W。ECU的安全模塊也非常重要。車隊的設計考慮了硬件層面的安全設計。例如，當系統檢測到高壓電纜開路時，ECU會自動切斷所有高壓電纜的電壓。

Dut14整車電路布局

基礎

汽車最重要的是底盤，它需要支撐和安裝發動機及其零部件和總成，以形成汽車的整體形狀，并確保正常駕駛。

DUT14賽車采用碳纖維單殼車身，超輕絲束由TeXtreme公司提供，用于擴展碳纖維增強材料，使其復合材料部件的重量減輕了20%至30%。車身需要滿足固定所有零件的精度，同時確保駕駛員的安全要求。這些都是由學生團隊成員自己設計和制作的。

車身和底盤

車身的設計目標是盡可能減輕重量以提高性能。因此，有必要采用有限元方法對其強度和安全性進行分析，并在CATIA中進行裝配仿真。此外，一級方程式賽車的車身設計也需要滿足人體工程學的要求。為了讓賽車手更專注于賽道，駕駛艙、方向盤和賽車座椅在追求輕量化的同時需要適應駕駛員的體型，因此采用了可調節的踏板盒，方向盤也要適應每個賽車手的手形，以在駕駛過程中提供足夠的抓地力。

賽車動力學

近幾十年來，電子控制系統已被廣泛應用于賽車和乘用車中。ABS、ESP和扭矩矢量控制不僅提高了性能，還提高了車輛的穩定性。四輪摩托車……

DUT13賽車所采用的技術為先進的扭矩控制系統提供了廣闊的空間。

DUT14配備了多個控制系統，包括扭矩矢量控制、啟動控制、ABS、偏航控制等。有必要在Matlab/Simulink環境中建立整車的動態模型。

控制器可以檢測到傳感器故障并進行處理。即使傳感器出現故障，汽車也可以正常運行。

賽車的制動系統包括液壓制動系統和電磁能量回收制動系統，四輪盤式制動器的制動片材料值得詳細介紹：

為了追求更極致的輕量化和更高的性能，DUT團隊放棄了制動盤上的傳統鑄鐵材料。經過幾個月的模擬、討論和研究，DUT最終選擇了名為SupremEX?AMC225XE的金屬基復合材料，該材料由鋁合金基體和SiC顆粒組成（碳化硅，俗稱金剛砂，莫氏硬度為9.5，僅次于世界上最硬的金剛石，具有優異的導熱性）。與常用的灰口鑄鐵相比，鋁合金基體具有密度低、導熱系數高的優點，使制動系統減重50-60%。然而，鋁合金的耐磨性較差，因此需要通過添加硬質顆粒來提高耐磨性。通過對制動系統的熱性能仿真，DUT發現鋁合金具有熔點低的缺點。但由于增加了四輪電機，電磁制動效果有了很大的提高，這種設計是可行的。

事實上，中國也有一群年輕人在為大學生制造方程式賽車。根據比賽規則和賽車制造標準，每支參賽車隊應在一年內自行設計制造一輛小型賽車，并能夠成功完成全部或部分比賽。事實上，這種競賽主要側重于培養大學生，同時也成為選拔國內優秀汽車人才的平臺，有更多機會與國際年輕汽車工程師交流。

例如，2014年10月，第五屆中國大學生方程式賽車比賽在湖北舉行。來自近70所大學的60支燃油車隊和20支純電動車隊，共有2000多名師生參加，其中包括德國斯圖加特大學純電動車隊、德國卡爾斯魯厄理工大學燃油車隊等多支國際頂級車隊。在比賽中，由北京理工學院學生打造的純電動方程式賽車“銀鯊III”脫穎而出，獲得純電動組亞軍（同時也是國內高校的冠軍）。

“銀鯊III”賽車采用了自行設計的電池系統和車輛控制器，設計了快速充電系統，將充電時間減少到之前的20%-30%，并采用了自主設計的行星齒輪減速器進行傳動。車輛峰值功率為85KW，峰值扭矩為175N?m，車輛整備質量為230KG，100公里加速度約為3.6s，最大橫向加速度約為2G。前段時間，由蘇黎世聯邦理工學院和盧塞恩應用科學與藝術大學的學生打造的電動賽車Grimsel實現了從零到100公里1.785秒的加速，打破了此前由荷蘭代爾夫特理工大學方程式車隊保持的2.134秒的紀錄。作為參考，布加迪威航16.4超級運動在100公里內加速2.46秒，電動汽車天生適合加速的優勢得到了完美展示。

為了普及電動賽車的專業知識，本文簡要介紹了荷蘭代爾夫特理工大學制造的DUT14賽車。數據來自荷蘭DUT團隊的官方網站。

Dut14賽車參加了比賽

動力總成

Dut14賽車的整備質量只有149.2Kg，百公里加速2.3秒。它由四個輪轂電機驅動，型號為AMK DT5-14-10，可實現牽引t……

que控制和制動能量回收。單臺電機最大功率為27kW，單臺電機的最大扭矩為28N.m。輪轂電機的優點包括：

1.可以大大節省車內空間，增加設計自由度，提高傳動效率；

2.響應速度快，驅動電機響應時間僅10ms，有利于良好的控制效果；

3.車輛的行駛動力學大大提高，每個電機的驅動/制動扭矩都是獨立可控的，通過獨立控制每個電機的扭矩可以改變作用在車輛上的偏航扭矩，產生縱向力，甚至可以直接控制電動車輪，實現轉向差速器和行駛防滑，從而有效地提高了車輛的操縱穩定性。

Dut14的相關參數

輪轂電機要求高度輕便和緊湊，因此DUT團隊與德國電機供應商AMK合作，DUT學生對電機進行了改造，并設計了自己的機械連接和冷卻系統。電機的最大輸出功率受到熱管理的限制，因此DUT團隊通過在外殼中集成水冷系統實現了最大功率輸出。

Dut14的懸架和電機

鋰電池的輸出電流是直流的，但由于交流電機的功率和輕量化性能更好，最終的解決方案是交流電機和逆變器的電源組合。選用AMK KwS-26電機控制器，采用IGBT逆變器對帶寬進行控制。四個電機控制器對應四個輪轂電機布置在駕駛員座椅下方，效率超過98%。為了確保安全，它由碳纖維外殼保護，并通過CAN總線與ECU通信。

DUT團隊還獨立開發了BMS電池管理系統。鋰聚合物電池由深圳市宏興科技有限公司有限公司提供，并由荷蘭KEMA實驗室進行測試。電池組由288個單電池組成，每兩個電池并聯，形成144個串聯電池組，輸出功率為85kW。制動能量回收可承受50kW，在最高電壓600V時可吸收6.3kWh的能量。電池系統的總重量為43公斤，分為兩個電池艙。電池組布置在車輛重心附近，可承受2 g的最大加速度。。

汽車電子系統

ECU（車輛控制單元）采用ARM Cortex M4微控制器，采用C語言編程，可以分別控制每個電機的速度。該系統包括電源管理模塊、安全模塊和控制模塊，其中電源管理模塊需要將相對較低的電池電壓轉換為每個電子系統所需的不同電壓。當所有子系統啟動時，這些變壓器的峰值負載可以達到250W。ECU的安全模塊也非常重要。車隊的設計考慮了硬件層面的安全設計。例如，當系統檢測到高壓電纜開路時，ECU會自動切斷所有高壓電纜的電壓。

Dut14整車電路布局

基礎

汽車最重要的是底盤，它需要支撐和安裝發動機及其零部件和總成，以形成汽車的整體形狀，并確保正常駕駛。

DUT14賽車采用碳纖維單殼車身，超輕絲束由TeXtreme公司提供，用于擴展碳纖維增強材料，使其復合材料部件的重量減輕了20%至30%。車身需要滿足固定所有零件的精度，同時確保駕駛員的安全要求。這些都是由學生團隊成員自己設計和制作的。

車身和底盤

車身的設計目標是盡可能減輕重量以提高性能。因此，有必要采用有限元方法對其強度和安全性進行分析，并在CATIA中進行裝配仿真。此外，一級方程式賽車的車身設計也需要滿足人體工程學的要求。為了讓賽車手更專注于賽道，駕駛艙、方向盤和賽車座椅在追求輕量化的同時需要適應駕駛員的體型，因此采用了可調節的踏板盒，方向盤也要適應每個賽車手的手形，以在駕駛過程中提供足夠的抓地力。

賽車動力學

近幾十年來，電子控制系統已被廣泛應用于賽車和乘用車中。ABS、ESP和扭矩矢量控制不僅提高了性能，還提高了車輛的穩定性。四輪摩托車……

DUT13賽車所采用的技術為先進的扭矩控制系統提供了廣闊的空間。

DUT14配備了多個控制系統，包括扭矩矢量控制、啟動控制、ABS、偏航控制等。有必要在Matlab/Simulink環境中建立整車的動態模型。

控制器可以檢測到傳感器故障并進行處理。即使傳感器出現故障，汽車也可以正常運行。

賽車的制動系統包括液壓制動系統和電磁能量回收制動系統，四輪盤式制動器的制動片材料值得詳細介紹：

為了追求更極致的輕量化和更高的性能，DUT團隊放棄了制動盤上的傳統鑄鐵材料。經過幾個月的模擬、討論和研究，DUT最終選擇了名為SupremEX?AMC225XE的金屬基復合材料，該材料由鋁合金基體和SiC顆粒組成（碳化硅，俗稱金剛砂，莫氏硬度為9.5，僅次于世界上最硬的金剛石，具有優異的導熱性）。與常用的灰口鑄鐵相比，鋁合金基體具有密度低、導熱系數高的優點，使制動系統減重50-60%。然而，鋁合金的耐磨性較差，因此需要通過添加硬質顆粒來提高耐磨性。通過對制動系統的熱性能仿真，DUT發現鋁合金具有熔點低的缺點。但由于增加了四輪電機，電磁制動效果有了很大的提高，這種設計是可行的。

事實上，中國也有一群年輕人在為大學生制造方程式賽車。根據比賽規則和賽車制造標準，每支參賽車隊應在一年內自行設計制造一輛小型賽車，并能夠成功完成全部或部分比賽。事實上，這種競賽主要側重于培養大學生，同時也成為選拔國內優秀汽車人才的平臺，有更多機會與國際年輕汽車工程師交流。

例如，2014年10月，第五屆中國大學生方程式賽車比賽在湖北舉行。來自近70所大學的60支燃油車隊和20支純電動車隊，共有2000多名師生參加，其中包括德國斯圖加特大學純電動車隊、德國卡爾斯魯厄理工大學燃油車隊等多支國際頂級車隊。在比賽中，由北京理工學院學生打造的純電動方程式賽車“銀鯊III”脫穎而出，獲得純電動組亞軍（同時也是國內高校的冠軍）。

“銀鯊III”賽車采用了自行設計的電池系統和車輛控制器，設計了快速充電系統，將充電時間減少到之前的20%-30%，并采用了自主設計的行星齒輪減速器進行傳動。車輛峰值功率為85KW，峰值扭矩為175N?m，車輛整備質量為230KG，100公里加速度約為3.6s，最大橫向加速度約為2G。

標簽：北京發現

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