百公里加速2秒的电动车是如何打造的？

前段时间，由苏黎世联邦理工学院和卢塞恩应用科学与艺术大学的学生打造的电动赛车Grimsel实现了从零到100公里1.785秒的加速，打破了此前由荷兰代尔夫特理工大学方程式车队保持的2.134秒的纪录。作为参考，布加迪威航16.4超级运动在100公里内加速2.46秒，电动汽车天生适合加速的优势得到了完美展示。

为了普及电动赛车的专业知识，本文简要介绍了荷兰代尔夫特理工大学制造的DUT14赛车。数据来自荷兰DUT团队的官方网站。

Dut14赛车参加了比赛

动力总成

Dut14赛车的整备质量只有149.2Kg，百公里加速2.3秒。它由四个轮毂电机驱动，型号为AMK DT5-14-10，可实现牵引扭矩控制和制动能量回收。单台电机最大功率为27kW，单台电机的最大扭矩为28N.m。轮毂电机的优点包括：

1.可以大大节省车内空间，增加设计自由度，提高传动效率；

2.响应速度快，驱动电机响应时间仅10ms，有利于良好的控制效果；

3.车辆的行驶动力学大大提高，每个电机的驱动/制动扭矩都是独立可控的，通过独立控制每个电机的扭矩可以改变作用在车辆上的偏航扭矩，产生纵向力，甚至可以直接控制电动车轮，实现转向差速器和行驶防滑，从而有效地提高了车辆的操纵稳定性。

Dut14的相关参数

轮毂电机要求高度轻便和紧凑，因此DUT团队与德国电机供应商AMK合作，DUT学生对电机进行了改造，并设计了自己的机械连接和冷却系统。电机的最大输出功率受到热管理的限制，因此DUT团队通过在外壳中集成水冷系统实现了最大功率输出。

Dut14的悬架和电机

锂电池的输出电流是直流的，但由于交流电机的功率和轻量化性能更好，最终的解决方案是交流电机和逆变器的电源组合。选用AMK KwS-26电机控制器，采用IGBT逆变器对带宽进行控制。四个电机控制器对应四个轮毂电机布置在驾驶员座椅下方，效率超过98%。为了确保安全，它由碳纤维外壳保护，并通过CAN总线与ECU通信。

DUT团队还独立开发了BMS电池管理系统。锂聚合物电池由深圳市宏兴科技有限公司有限公司提供，并由荷兰KEMA实验室进行测试。电池组由288个单电池组成，每两个电池并联，形成144个串联电池组，输出功率为85kW。制动能量回收可承受50kW，在最高电压600V时可吸收6.3kWh的能量。电池系统的总重量为43公斤，分为两个电池舱。电池组布置在车辆重心附近，可承受2 g的最大加速度。。

汽车电子系统

ECU（车辆控制单元）采用ARM Cortex M4微控制器，采用C语言编程，可以分别控制每个电机的速度。该系统包括电源管理模块、安全模块和控制模块，其中电源管理模块需要将相对较低的电池电压转换为每个电子系统所需的不同电压。当所有子系统启动时，这些变压器的峰值负载可以达到250W。ECU的安全模块也非常重要。车队的设计考虑了硬件层面的安全设计。例如，当系统检测到高压电缆开路时，ECU会自动切断所有高压电缆的电压。

Dut14整车电路布局

基础

汽车最重要的是底盘，它需要支撑和安装发动机及其零部件和总成，以形成汽车的整体形状，并确保正常驾驶。

DUT14赛车采用碳纤维单壳车身，超轻丝束由TeXtreme公司提供，用于扩展碳纤维增强材料，使其复合材料部件的重量减轻了20%至30%。车身需要满足固定所有零件的精度，同时确保驾驶员的安全要求。这些都是由学生团队成员自己设计和制作的。

车身和底盘

车身的设计目标是尽可能减轻重量以提高性能。因此，有必要采用有限元方法对其强度和安全性进行分析，并在CATIA中进行装配仿真。此外，一级方程式赛车的车身设计也需要满足人体工程学的要求。为了让赛车手更专注于赛道，驾驶舱、方向盘和赛车座椅在追求轻量化的同时需要适应驾驶员的体型，因此采用了可调节的踏板盒，方向盘也要适应每个赛车手的手形，以在驾驶过程中提供足够的抓地力。

赛车动力学

近几十年来，电子控制系统已被广泛应用于赛车和乘用车中。ABS、ESP和扭矩矢量控制不仅提高了性能，还提高了车辆的稳定性。四轮摩托车……

DUT13赛车所采用的技术为先进的扭矩控制系统提供了广阔的空间。

DUT14配备了多个控制系统，包括扭矩矢量控制、启动控制、ABS、偏航控制等。有必要在Matlab/Simulink环境中建立整车的动态模型。

控制器可以检测到传感器故障并进行处理。即使传感器出现故障，汽车也可以正常运行。

赛车的制动系统包括液压制动系统和电磁能量回收制动系统，四轮盘式制动器的制动片材料值得详细介绍：

为了追求更极致的轻量化和更高的性能，DUT团队放弃了制动盘上的传统铸铁材料。经过几个月的模拟、讨论和研究，DUT最终选择了名为SupremEX?AMC225XE的金属基复合材料，该材料由铝合金基体和SiC颗粒组成（碳化硅，俗称金刚砂，莫氏硬度为9.5，仅次于世界上最硬的金刚石，具有优异的导热性）。与常用的灰口铸铁相比，铝合金基体具有密度低、导热系数高的优点，使制动系统减重50-60%。然而，铝合金的耐磨性较差，因此需要通过添加硬质颗粒来提高耐磨性。通过对制动系统的热性能仿真，DUT发现铝合金具有熔点低的缺点。但由于增加了四轮电机，电磁制动效果有了很大的提高，这种设计是可行的。

事实上，中国也有一群年轻人在为大学生制造方程式赛车。根据比赛规则和赛车制造标准，每支参赛车队应在一年内自行设计制造一辆小型赛车，并能够成功完成全部或部分比赛。事实上，这种竞赛主要侧重于培养大学生，同时也成为选拔国内优秀汽车人才的平台，有更多机会与国际年轻汽车工程师交流。

例如，2014年10月，第五届中国大学生方程式赛车比赛在湖北举行。来自近70所大学的60支燃油车队和20支纯电动车队，共有2000多名师生参加，其中包括德国斯图加特大学纯电动车队、德国卡尔斯鲁厄理工大学燃油车队等多支国际顶级车队。在比赛中，由北京理工学院学生打造的纯电动方程式赛车“银鲨III”脱颖而出，获得纯电动组亚军（同时也是国内高校的冠军）。

“银鲨III”赛车采用了自行设计的电池系统和车辆控制器，设计了快速充电系统，将充电时间减少到之前的20%-30%，并采用了自主设计的行星齿轮减速器进行传动。车辆峰值功率为85KW，峰值扭矩为175N?m，车辆整备质量为230KG，100公里加速度约为3.6s，最大横向加速度约为2G。前段时间，由苏黎世联邦理工学院和卢塞恩应用科学与艺术大学的学生打造的电动赛车Grimsel实现了从零到100公里1.785秒的加速，打破了此前由荷兰代尔夫特理工大学方程式车队保持的2.134秒的纪录。作为参考，布加迪威航16.4超级运动在100公里内加速2.46秒，电动汽车天生适合加速的优势得到了完美展示。

为了普及电动赛车的专业知识，本文简要介绍了荷兰代尔夫特理工大学制造的DUT14赛车。数据来自荷兰DUT团队的官方网站。

Dut14赛车参加了比赛

动力总成

Dut14赛车的整备质量只有149.2Kg，百公里加速2.3秒。它由四个轮毂电机驱动，型号为AMK DT5-14-10，可实现牵引t……

que控制和制动能量回收。单台电机最大功率为27kW，单台电机的最大扭矩为28N.m。轮毂电机的优点包括：

1.可以大大节省车内空间，增加设计自由度，提高传动效率；

2.响应速度快，驱动电机响应时间仅10ms，有利于良好的控制效果；

3.车辆的行驶动力学大大提高，每个电机的驱动/制动扭矩都是独立可控的，通过独立控制每个电机的扭矩可以改变作用在车辆上的偏航扭矩，产生纵向力，甚至可以直接控制电动车轮，实现转向差速器和行驶防滑，从而有效地提高了车辆的操纵稳定性。

Dut14的相关参数

轮毂电机要求高度轻便和紧凑，因此DUT团队与德国电机供应商AMK合作，DUT学生对电机进行了改造，并设计了自己的机械连接和冷却系统。电机的最大输出功率受到热管理的限制，因此DUT团队通过在外壳中集成水冷系统实现了最大功率输出。

Dut14的悬架和电机

锂电池的输出电流是直流的，但由于交流电机的功率和轻量化性能更好，最终的解决方案是交流电机和逆变器的电源组合。选用AMK KwS-26电机控制器，采用IGBT逆变器对带宽进行控制。四个电机控制器对应四个轮毂电机布置在驾驶员座椅下方，效率超过98%。为了确保安全，它由碳纤维外壳保护，并通过CAN总线与ECU通信。

DUT团队还独立开发了BMS电池管理系统。锂聚合物电池由深圳市宏兴科技有限公司有限公司提供，并由荷兰KEMA实验室进行测试。电池组由288个单电池组成，每两个电池并联，形成144个串联电池组，输出功率为85kW。制动能量回收可承受50kW，在最高电压600V时可吸收6.3kWh的能量。电池系统的总重量为43公斤，分为两个电池舱。电池组布置在车辆重心附近，可承受2 g的最大加速度。。

汽车电子系统

ECU（车辆控制单元）采用ARM Cortex M4微控制器，采用C语言编程，可以分别控制每个电机的速度。该系统包括电源管理模块、安全模块和控制模块，其中电源管理模块需要将相对较低的电池电压转换为每个电子系统所需的不同电压。当所有子系统启动时，这些变压器的峰值负载可以达到250W。ECU的安全模块也非常重要。车队的设计考虑了硬件层面的安全设计。例如，当系统检测到高压电缆开路时，ECU会自动切断所有高压电缆的电压。

Dut14整车电路布局

基础

汽车最重要的是底盘，它需要支撑和安装发动机及其零部件和总成，以形成汽车的整体形状，并确保正常驾驶。

DUT14赛车采用碳纤维单壳车身，超轻丝束由TeXtreme公司提供，用于扩展碳纤维增强材料，使其复合材料部件的重量减轻了20%至30%。车身需要满足固定所有零件的精度，同时确保驾驶员的安全要求。这些都是由学生团队成员自己设计和制作的。

车身和底盘

车身的设计目标是尽可能减轻重量以提高性能。因此，有必要采用有限元方法对其强度和安全性进行分析，并在CATIA中进行装配仿真。此外，一级方程式赛车的车身设计也需要满足人体工程学的要求。为了让赛车手更专注于赛道，驾驶舱、方向盘和赛车座椅在追求轻量化的同时需要适应驾驶员的体型，因此采用了可调节的踏板盒，方向盘也要适应每个赛车手的手形，以在驾驶过程中提供足够的抓地力。

赛车动力学

近几十年来，电子控制系统已被广泛应用于赛车和乘用车中。ABS、ESP和扭矩矢量控制不仅提高了性能，还提高了车辆的稳定性。四轮摩托车……

DUT13赛车所采用的技术为先进的扭矩控制系统提供了广阔的空间。

DUT14配备了多个控制系统，包括扭矩矢量控制、启动控制、ABS、偏航控制等。有必要在Matlab/Simulink环境中建立整车的动态模型。

控制器可以检测到传感器故障并进行处理。即使传感器出现故障，汽车也可以正常运行。

赛车的制动系统包括液压制动系统和电磁能量回收制动系统，四轮盘式制动器的制动片材料值得详细介绍：

为了追求更极致的轻量化和更高的性能，DUT团队放弃了制动盘上的传统铸铁材料。经过几个月的模拟、讨论和研究，DUT最终选择了名为SupremEX?AMC225XE的金属基复合材料，该材料由铝合金基体和SiC颗粒组成（碳化硅，俗称金刚砂，莫氏硬度为9.5，仅次于世界上最硬的金刚石，具有优异的导热性）。与常用的灰口铸铁相比，铝合金基体具有密度低、导热系数高的优点，使制动系统减重50-60%。然而，铝合金的耐磨性较差，因此需要通过添加硬质颗粒来提高耐磨性。通过对制动系统的热性能仿真，DUT发现铝合金具有熔点低的缺点。但由于增加了四轮电机，电磁制动效果有了很大的提高，这种设计是可行的。

事实上，中国也有一群年轻人在为大学生制造方程式赛车。根据比赛规则和赛车制造标准，每支参赛车队应在一年内自行设计制造一辆小型赛车，并能够成功完成全部或部分比赛。事实上，这种竞赛主要侧重于培养大学生，同时也成为选拔国内优秀汽车人才的平台，有更多机会与国际年轻汽车工程师交流。

例如，2014年10月，第五届中国大学生方程式赛车比赛在湖北举行。来自近70所大学的60支燃油车队和20支纯电动车队，共有2000多名师生参加，其中包括德国斯图加特大学纯电动车队、德国卡尔斯鲁厄理工大学燃油车队等多支国际顶级车队。在比赛中，由北京理工学院学生打造的纯电动方程式赛车“银鲨III”脱颖而出，获得纯电动组亚军（同时也是国内高校的冠军）。

“银鲨III”赛车采用了自行设计的电池系统和车辆控制器，设计了快速充电系统，将充电时间减少到之前的20%-30%，并采用了自主设计的行星齿轮减速器进行传动。车辆峰值功率为85KW，峰值扭矩为175N?m，车辆整备质量为230KG，100公里加速度约为3.6s，最大横向加速度约为2G。

标签：北京发现

汽车资讯热门资讯