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
- 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。
- 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。
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。
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 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。
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。
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。
車架組:放棄鉻鉬鋼管車架設計,首次改採鋁單體殼
- 車架組團隊
- 組長:伍育成
- 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
- 底盤組團隊
- 組長:曾大容
- 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%。
- TH06 底盤資訊
- 前輪距:1,265 mm、後輪距:1,215mm (前寬後窄設計)
- 軸距:1,550mm (短軸距設計)
- 車身配重: 前後 48:52 (TH05 前後 49:51)
- 前後懸吊:推桿式雙 A 臂+可調式防傾桿
- 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%)
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
- 動力組團隊
- 組長:王耀緯
- 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。
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
- 制動組團隊
- 組長:林漢哲
- 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。
- TH06 制動參數
- 靜止車重分布:0.92:1 (TH05 為 0.96:1)
- -1.5G 減速車重分布:3.01:1 (TH05 為 4.27:1,減幅 29.5%)
- 前後輪煞車效率比:3.47:1 (TH05 為 3.13:1)
- 煞車踏板力:280N (TH05 為 370N,減幅 24.3%)
- 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
- 空力組團隊
- 組長:郭瀚翔
- 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
- 電系組團隊
- 組長:曾靖媛
- 組員:張渝羿、黃楚為、謝秉霖、徐偉晉、張哲鳴、潘哲軒、鄭志昱
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。
- TH06 電池組參數
- 電池芯:Molicel 能元鋰電池 INR-21700-P42A
- 電池數:132 顆/4 組
- 電池容量:8.18 kWh
- 重量:63 kg
- 重量能量密度:130 Wh/kg
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。