臺灣學生方程式賽車發展史,在 2022 年 6 月 26 日迎來重要的歷史新頁!NTHU Racing 清大賽車工廠於清華大學旺宏館,發表代號 TH06 的第 6 代電動賽車,並由車隊所屬車架組、動力組、底盤組、電系組、流力組與制動組代表,親自上臺介紹 TH06 所運用的新技術與精進特點,展現 NTHU Racing 清大賽車工廠具備自主研發新賽車能力。

同時,NTHU Racing 清大賽車工廠也藉由 TH06 的發表,正式宣布 2022 年海外學生方程式參賽計畫, 首戰選於 8 月 15 至 21 日將飛抵歐洲參加德國 Formula Student Germany 賽事,緊接著,車隊將於 8 月 23 日至 28 日轉赴克羅埃西亞 Formula Student Aple Adria 賽事。

此次的參賽規劃也讓 NTHU Racing 清大賽車工廠,成為臺灣首支遠赴歐洲參賽的學生方程式車隊,不僅寫下車隊新里程碑,更對臺灣學生方程式發展歷程具有重大意義。U-CAR 誠摯祝福 NTHU Racing 清大賽車工廠此次遠征歐洲學生方程式比賽,一切順利並勇奪佳績為國爭光!

清大賽車工廠的背景介紹

  1. 清大賽車工廠剛開始時,是從油車起步並順利製作完成前往日本參賽,而在第 3 年時,因為希望能夠精進自己於是開始挑戰製作電動車,並在隔年(2019 年)取得了電車組第 2 名、總排名第 9 名的佳績,世界排名當時也上升至第 21 名,僅次於麻省理工學院。
  2. 可惜後面兩年因為疫情的緣故,沒能乘勝追擊,但也在此時間團隊更專注於如何精進自己,透過不斷討論及合作共同研發及設計 6 代車,希望能帶來重量上或是系統上的提升,為接下來更長遠的挑戰做準備。與此同時,團隊也好好思考了未來走向,最後再經過重重考慮之下,決定於 2022 年前進歐洲賽事。

疫情停賽而放棄 TH05 改投入 TH06 開發,2022 參賽對車隊經驗傳承極為關鍵

清大賽車工廠在 2020 推出「清華五號」(TH05)賽車,已經採用純電動力與四輪直驅的設計架構,也匯集車隊各組的設計研發能量,準備在發表之後出征海外學生方程式一展身手。然而,2019 年底始於中國的 COVID-19 新型冠狀病毒,自 2020 年開始引發全球大流行,這也直接打亂清大賽車工廠與 TH05 的參賽計畫。

TH05 可說是生不逢時,因疫情無法順利出國比賽,最終車隊經考量後,不得不放棄 TH05 改投入 TH06 開發,不過,TH05 各項設計基礎與測試經驗,成為 TH06 不可或缺的寶貴資產,另一層意義,TH06 是承載 TH05 未竟之夢而出征!

車隊隊長林庭偉在 TH06 新車發表會,回顧此段車隊營運的艱困時期,不只讓車隊面臨遲遲無法參賽的 TH05,是否要持續精進 TH05 或者選擇放棄 TH05,全新投入 TH06 開發計畫,最終,清大賽車工廠決定放棄無緣登上競賽舞臺的 TH05,全力投入打造全新世代的 TH06 賽車。

2022 年參賽對於車隊極為重要,因疫情無法在 2020 與 2021 年出賽的衝擊,已讓車隊擁有國際賽經驗的學生數出現嚴重斷層,2022 年參賽將能重新累積車隊團隊寶貴的參賽經驗傳承。

然而,隨著 2020 到 2022 年總共 3 年的時間推移,清大賽車工廠面臨另一項巨大的挑戰,那就是隨著一屆屆清華學生的畢業,車隊擁有參賽經驗學生大幅流失,到 2022 年發表會的此時,全隊僅剩 3 位同學擁有國際賽的參賽經驗,因此,2022 年的參賽對於清大賽車工廠,不只是車輛實力的驗證,更重要的是車隊參賽經驗累積與傳承,已經到了極為關鍵的時刻!

21-22 賽季研發目標聚焦優化四驅系統、全車輕量化與無人車系統

隊長林庭偉在 TH01 到 TH05 各世代作品的基礎上,清大賽車工廠針對 TH06 聚焦幾大面向的研發重點:優化四驅系統、全車輕量化與無人車系統。
TH06 2020-2021 團隊主要成員 https://www.nthuracing.com/th06-member-name

TH06 此次新車發表雖然未正式搭載無人車系統,但已經具備無人車系統的前期系統開發能量,同時針對學生方程式電動無人車規範,進行各項車電與緊急安全系統的開發,預告之後將於 TH06 進行無人車系統的搭載,讓 TH06 能順應當前電動化與無人化的競賽趨勢,切入最尖端的學生方程式競賽領域。

清大賽車工廠已著手進行無人車系統的前導測試,預計 2023 年或 2024 年可運用搭載於 TH06 車上。

在技術領域,清大賽車工廠告別以往厚重的鉻鉬鋼管車架,改採全新開發鋁單體殼做為主要車體,更是透過碳纖維複合材料製程,為空力套件減重 60%,以達到全車輕量化研發目標。不僅如此,更是採用最新半導體元件 SiC-MOSFET 來控制輸入馬達的三相電流,除了體積小外,還能耐高溫、高壓及高頻,這將有效提升驅動器的性能,並確保能在國際舞臺拿出最好狀態。

隊長林庭偉也公布 TH06 主要規格,靜止加速至時速 100 公里小於 3.4 秒 (實驗數據),加減速與側向速度 G 值可達到 1.5~2G,全車總重 245 公斤較 TH05 300 公斤減重 55 公斤,減幅 19%超過開發目標所設定的 17%,驅動模式採四輪電動直驅模式,搭載四輪各搭載 1 顆 32kW 電動馬達,總輸出為競賽規則上限 80kW。

TH06 匯集許多臺灣廠商的協力贊助,讓清大賽車工廠得以全心打造優異的新一代賽車。

最後,林隊長也表示這場 Formula SAE 學生方程式比賽,全球有超過 1 千組學生團隊投入競賽,為現今全球規模最大的工程類比賽, 不僅考驗著學生製作賽車的能力,更是加入了設計、成本與商業報告,讓團隊在操心製作的同時,也仍須對於市場及成本保有一定的靈敏度。

此次清大賽車工廠發表 TH06 的過程,也具體而微地展現 Formula SAE 學生方程式的各項嚴苛要求。接著,U-CAR 引用清大賽車工廠各組同學的報告資料,讓讀者能更瞭解清大學生們對於 TH06 各面向投入與精進成果。

廣  告

車架組:放棄鉻鉬鋼管車架設計,首次改採鋁單體殼

  1. 車架組團隊
  2. 組長:伍育成
  3. 組員:黃紹睿、白泓均、李敬淇、黃聖林、楊詠淳、邱宇航、沈書煒、劉彥呈
伍育成今年我們積極投入鋁單體殼的設計及製造研究,成功做出屬於清大賽車工廠的 第一個鋁單體殼。與傳統 AISI 4130 鉻鉬鋼管車架相比,鋁單體殼不僅大幅降低 車架重量,並且提升車架扭轉剛性(Torsional Stiffness),增加了車輛安全性以及 設計自由度,讓我們向碳纖維單體殼(CFRP Monocoque)又邁進了一大步。

底盤組: 建立完整輪胎模型數據,懸吊與轉向系統同步減重優化

  1. 底盤組團隊
  2. 組長:曾大容
  3. 組員:黃胤中、陳珉光、余承翰、向展慶、張智宸、呂其叡、李芮恩
曾大容今年建立了更完整的輪胎模型,透過輪胎的特性來設計懸吊系統,使輪胎的性能可以完整的被發揮。轉向系統亦在幾何及機構上進行優化,提供車手合適的回饋 感以及靈敏度。除此之外,整個底盤系統的重量大幅降低,減重了約 30%。
  1. TH06 底盤資訊
  2. 前輪距:1,265 mm、後輪距:1,215mm (前寬後窄設計)
  3. 軸距:1,550mm (短軸距設計)
  4. 車身配重: 前後 48:52 (TH05 前後 49:51)
  5. 前後懸吊:推桿式雙 A 臂+可調式防傾桿
  6. 轉向系統:齒比 5.7 (提升 35%)、轉向扭力矩降低 46%、系統減重 3 公斤(較 TH05 減幅 14%)
TH06 底盤組藉由發表會當天,感謝輪胎贊助商固特異輪胎與底盤定位技術協助廠商小小輪胎行。

動力組:四輪直驅架構大幅輕量與縮小化,每輪單顆馬達最大功率提升至 35kW

  1. 動力組團隊
  2. 組長:王耀緯
  3. 組員:謝秉諺、潘詠潤、陳韜宇、沈昊呈、莊逸楓、廖威霖

TH06 第 6 代車維持 TH05 之四輪直驅架構,採用 Fischer 的馬達使單輪最大功率提升至 35 kW 並大幅減重。

而傳動系統則更換為二階行星齒輪組,其傳動比的選擇為綜合考量直線加速成績、最大縱向加(減)速度以及輪邊總成包裝之結果。機構設計 方面則提高與底盤零件之整合程度,大幅降低體積和質量。

由動力組列出的參數,可以知道 TH06 相較於 TH05,在馬達與變速系統獲得大幅,雖然最大扭力輸出略降,但整體仍取得加速性能的提升。

制動組:優化減速車身重量分配,降低煞車踏板力改善駕駛負荷

  1. 制動組團隊
  2. 組長:林漢哲
  3. 組員:杜靜云、徐佳佑、陳妍安、朱軒德、林恆安
林漢哲今年制動系統的零件中有 9 成都是由學生設計,大幅提升構想上的空間;同時也以提升車手操作性和回饋感為目標,對全車制動系統進行細部的改良與優化。
  1. TH06 制動參數
  2. 靜止車重分布:0.92:1 (TH05 為 0.96:1)
  3. -1.5G 減速車重分布:3.01:1 (TH05 為 4.27:1,減幅 29.5%)
  4. 前後輪煞車效率比:3.47:1 (TH05 為 3.13:1)
  5. 煞車踏板力:280N (TH05 為 370N,減幅 24.3%)
  6. 踏板採兩段式設計:前段先觸發動能回充、後段再啟用煞車系統

流力組:碳纖維大幅減重,電腦模擬改善空力提升 66%下壓力

  1. 空力組團隊
  2. 組長:郭瀚翔
  3. 組員:林泊淳、傅智遠、李沛潔、吳杰穎、黃文遠、陳子近、張瀚元、陳柏諭
郭瀚翔透過優化碳纖維複合材料製程,為空力套件大幅減重,由 TH05 時期 23.5 公斤降低至 TH06 的 12.4 公斤,輕量幅度達到 47%,並且能夠維持其強度及 剛性,以達到全車輕量化的目標。 除此之外,今年也使用了 StarCCM+提升 CFD 模擬資料量,進行更完善的空力套件設計,達到下壓力提升 66%的成績。

電系組 :電控系統採用 SiC-MOSFET 元件,體積成功縮小並減重至 4.8 公斤

  1. 電系組團隊
  2. 組長:曾靖媛
  3. 組員:張渝羿、黃楚為、謝秉霖、徐偉晉、張哲鳴、潘哲軒、鄭志昱
TH06 電力系統架構,全由車隊電系組所開發設計,成為新世代賽車的競爭力關鍵。
曾靖媛今年針對馬達驅動器再次突破了原有的設計,採用了最新的半導體元件 SiC-MOSFET 來控制輸入馬達的三相電流。SiC-MOSFET 的優勢在於體積小、 低電阻以及耐高溫、高壓、高頻,能有效提升驅動器的性能。總額定功率也提升至 340 (kVA) ,性能大幅度超越其他市售電動車款。在整體重量上,與 5 代車相較 從 15 公斤降低至 4.8 公斤,同時也大幅降低體積,俯視來看相當於一張 A4 紙。
  1. TH06 電池組參數
  2. 電池芯:Molicel 能元鋰電池 INR-21700-P42A
  3. 電池數:132 顆/4 組
  4. 電池容量:8.18 kWh
  5. 重量:63 kg
  6. 重量能量密度:130 Wh/kg
TH06 電池組重量能量密度達到 130 Wh/kg,已能與市售電動車相比較。

高英凱總編輯

評論

支持臺灣學生方程式,就是替日後自主造車打基礎

全程約 3 小時的發表活動,讓人清楚看到 NTHU Racing 清大賽車工廠,經營這支學生車隊所投入的精力與態度。儘管 TH05 連續 2 年因疫情無緣出賽,仍未擊垮團隊士氣;TH06 第 6 代電動賽車就是重新出發的代表作,涵蓋車架組、動力組、底盤組、電系組、流力組與制動組的依序報告,紮紮實實地論述研發方向與精進成果。 祝福臺灣學生方程式賽車史上首度赴歐洲參賽平安順利,爭取佳績為臺灣爭光!今日一起支持臺灣學生方程式,就是替日後臺灣自主造車打下更穩健的基礎。