前一段時間，由蘇黎世聯(lián)邦理工學院和盧塞恩應用科學與藝術(shù)大學的學生打造的電動賽車Grimsel實現(xiàn)了零到百公里加速1.785秒，打破了此前由荷蘭Delft理工大學方程式賽車隊保持的紀錄——2.134秒。作為參考，布加迪威航16.4 Super Sport百公里加速2.46秒，電動車沒有換擋延遲，天生適合加速的優(yōu)點得到了完美展現(xiàn)。
為了普及電動賽車的專業(yè)知識，本文以荷蘭Delft理工大學打造的賽車DUT14為例，進行初略介紹。資料整理自荷蘭DUT車隊官網(wǎng)。
Dut14賽車在比賽中
動力總成
Dut14賽車整備質(zhì)量僅為149.2Kg，百公里加速2.3秒。它采用4臺輪轂電機驅(qū)動，型號AMK DT5-14-10，可以實現(xiàn)牽引扭矩控制和制動能量回收，單臺最大功率27 kW，單臺最大扭矩28N.m。輪轂電機的優(yōu)點包括：
1. 可以大幅度節(jié)省車內(nèi)空間，增加設(shè)計自由度，提升傳動效率；
2. 反應速度快，驅(qū)動電機的響應時間則僅僅為10ms,有利于良好的控制效果；
3. 大大改善車輛的行駛動力學性能，每個電機的驅(qū)動/制動力矩獨立可控，可以通過獨立控制各個電機的扭矩產(chǎn)生縱向力的方法來改變作用在汽車上的橫擺力矩，甚至可以直接控制各電動輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)向差速和驅(qū)動防滑，從而有效提高車輛的操縱穩(wěn)定性。
Dut14的相關(guān)參數(shù)
輪轂電機對于輕量化和緊湊性要求很高，因此DUT車隊通過與德國電機供應商AMK公司進行合作，由DUT的學生們對于電機進行改裝，自己設(shè)計電機的機械連接和冷卻系統(tǒng)。電動機的最大輸出功率受到了熱管理的限制，所以DUT車隊通過在外殼集成水冷系統(tǒng)，實現(xiàn)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，但是由于交流電機的功率和輕量化性能更為優(yōu)秀，所以最終的方案是交流電機+逆變器的供電組合。選用的是AMK KwS-26電機控制器，應用IGBT逆變器，通過帶寬控制。與四個輪轂電機對應的四個電機控制器布置在駕駛員座位下面，效率超過98%。為了保證安全，由碳纖維殼體保護，通過CAN總線與ECU進行通信。
DUT車隊還自主開發(fā)了BMS電池管理系統(tǒng)，鋰聚合物電池由深圳鴻星技術(shù)股份有限公司（Melasta）提供，由荷蘭KEMA實驗室提供測試。電池組由288個單體電池組成，每兩個電池并聯(lián)，構(gòu)成144個電池組串聯(lián)，輸出85kW，制動能量回收承受功率50kW，能夠以最高600V的電壓吸收6.3kWh能量，電池系統(tǒng)總重量43kg，分割為兩個電池艙，在靠近整車重心的位置布置電池組，可以承受最大2個G的加速度。
汽車電子系統(tǒng)
ECU（整車控制單元）使用ARM Cortex M4微控制器，由C語言編程，可以分別控制每個電機的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)包括功率管理模塊，安全模塊，控制模塊，其中功率管理模塊需要把相對較低的電池電壓轉(zhuǎn)化為各電子系統(tǒng)所需要的不同電壓，當所有子系統(tǒng)啟動的時候，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，車隊在設(shè)計時考慮了硬件級的安全設(shè)計，比如當系統(tǒng)檢測到高壓電纜斷路時候，ECU自動切斷所有高壓電纜的電壓。
Dut14的全車電路布局
底盤
對于汽車最重要的可以說是底盤了，底盤需要支承、安裝汽車發(fā)動機及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，保證正常行駛。
DUT14賽車采用碳纖維單體殼車身，由TeXtreme公司提供超輕絲束展開碳纖維增強材料，使其復合材料部件的重量減輕20%到30%。車身需要滿足固定所有零部件的精度，同時還要保證駕駛員的安全性要求，這些都由學生隊員自己完成設(shè)計和制作。
車身及底盤
車身的設(shè)計目標是最大程度減重以提升性能，為此需要有限元分析強度和安全性，在CATIA進行模擬裝配。此外，方程式賽車的車身設(shè)計還需要符合人機工程學要求，為了讓賽車手更加專注于賽道，駕駛艙、方向盤和賽車座椅在追求輕量化的同時還需要適應賽車手的體型，因此采用了可調(diào)節(jié)的踏板箱，方向盤也要適應每一個賽車手的手型以在行駛過程中提供足夠的握力。
賽車動力學
最近幾十年，電子控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用在了賽車和乘用車上面，ABS、ESP和扭矩矢量控制不僅提升了性能，也改善了車輛的穩(wěn)定性，從DUT13賽車開始采用的四輪轂電機，為先進的扭矩控制系統(tǒng)提供了廣闊的發(fā)揮空間。
DUT14配備了包括扭矩矢量控制，起跑控制，ABS，偏航控制等的多重控制系統(tǒng)，需要在Matlab/Simulink環(huán)境下建立整車動態(tài)模型。
控制器可以檢測到傳感器失效，并且進行處置。即使傳感器失效，汽車也可以正常行駛。
賽車的剎車系統(tǒng)包括了液壓剎車系統(tǒng)和電磁能量回收剎車系統(tǒng)，四輪碟剎的剎車片材料值得詳細介紹：
為了追求更極端的輕量化和更高的性能，在制動盤上DUT車隊放棄了傳統(tǒng)的鑄鐵材料。經(jīng)過幾個月的仿真，討論和研究，DUT最終選用了名叫SupremEX® AMC225XE的金屬基復合材料，由鋁合金基體和SiC顆粒（碳化硅，俗稱金剛砂，莫氏硬度為9.5級，僅次于世界上最硬的金剛石，具有優(yōu)良的導熱性能）組成，相對于常用的灰鑄鐵，鋁合金基體具有低密度和高導熱性的優(yōu)點，使得剎車系統(tǒng)減重50-60%。但是鋁合金的耐磨性能比較差，因此需要通過加入硬質(zhì)顆粒來改善。通過對于制動系統(tǒng)的熱性能仿真，DUT發(fā)現(xiàn)鋁合金具有熔點低的缺點，但是由于四輪電機的加入，電磁制動效果大幅度提升，這個設(shè)計才具有了可行性。
其實，在中國也有一群年輕人在打造大學生方程式賽車。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，只要在一年的時間內(nèi)自行設(shè)計和制造出一輛小型賽車，并要能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。事實上，這樣的比賽主要以培養(yǎng)大學生為主，同時也成為國內(nèi)優(yōu)秀汽車人才選拔的平臺，更有機會與國際青年汽車工程師進行交流。
例如2014年10月在湖北舉辦的第五屆中國大學生方程式汽車大賽，有來自近70所高校的60支燃油賽車隊和20支純電動賽車隊，共計2000余名師生參賽，其中不乏德國斯圖加特大學純電動賽車隊、德國卡爾斯魯厄理工大學燃油賽車隊等國際頂級強隊。在比賽中，由北京理工大學的學生打造的純電動方程式賽車“銀鯊三”脫穎而出，取得了純電動組亞軍（同時為國內(nèi)高校冠軍）。
“銀鯊三”賽車采用了自主設(shè)計的電池系統(tǒng)和整車控制器，設(shè)計了快速充電系統(tǒng)使得充電時間減少至之前的20%—30%，傳動采用了自主設(shè)計行星輪減速器；整車峰值功率85KW，峰值扭矩為175N•m，整車整備質(zhì)量230KG，百公里加速約3.6s，最大側(cè)向加速度約2G。
