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怎样造一辆能拿冠军的电动方程式赛车?

2022-09-26 11:04:06来源:蔚来 阅读量:22896

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导读:2015年至今,“蔚来杯”中国大学生电动方程式大赛(FSEC)已成功举办了八届。但在动手之前,你或许应该看看这份造车指南——凝聚了几代FSEC“过来人”的人生经验。
  如果你是一名在校大学生,打小的梦想,是像100年前的卡尔·本茨那样,亲手造一台汽车。那么恭喜,你赶上了好时代。
 
  2015年至今,“蔚来杯”中国大学生电动方程式大赛(FSEC)已成功举办了八届。该赛事让你有机会在一年时间里,联合几十名小伙伴,“摆弄”3,000余个零部件,最终设计制造出一辆电动方程式赛车——既快又酷的那种,与全国百余所高校车队同台竞技。
 
  虽说是“重在参与”,但哪个男孩/女孩不想拿冠军呢?FSEC今年的冠军属于柳州工学院电车队,明年也可以属于你。但在动手之前,你或许应该看看这份造车指南——凝聚了几代FSEC“过来人”的人生经验。
 
  你怎样造车?
 
  罗马不是一天建成的,更不是一个人能建成的,电动方程式赛车也是如此。
 
  在很多大学中,FSEC车队早已新老传承多年,往届的老队员会给你莫大帮助。但如果你的学校还没有车队,一切就得从零开始,你最好立即行动,果断吃窝边草,安利身边的伙伴加入车队。
 
  一支车队的人数,从20到100不等。你需要按照汽车的功能板块,把来自机械、车辆、电气、自动化、材料等专业的同学分入诸如悬架制动、动力传动等若干小组,每个组再细分成设计仿真、测试调校等诸多项目。此外,你还需要商务、宣传、财务乃至人事等专业的同学,一个几十人的团队,管理和技术不能偏废,两条腿才能走路。
 
  恋爱和打游戏这两大校园人生大事,建议都先搁置——10个月造一辆赛车,需要高强度的精力投入,全年无休,每天睡五六个小时是家常便饭。通常,你最初拉起的队伍可能有七八十个人,坚持到最后的则很少超过 20 人。
 
  有了同学充当左膀右臂,你还得准备一大堆照片视频PPT,耐心做老师和学院领导的说服工作。学校层面的坚定支持,对你解决造车的时间、人员、场地和资金问题大有裨益。这时你需着重强调赛事的安全性——比赛规则的一半以上都是为了保障安全,保障了比赛13年来零事故,也是学校能长期支持车队的前提。
 
  如果还不行,那就设法组织一支师生赛场观摩团,身临其境感受百多所高校同龄人在比赛中的青春洋溢和飞速成长,每一个到过现场的学生、老师都很难不再回到赛场。
 
  人员资金齐备后,你们还需要读懂读透FSEC的竞赛规则,并以规则作为你们的“造车框架”。规则篇幅不长,但请务必细读——它决定了你的赛车必须长成如下的模样,更决定了你在后续比赛中到底能走多远。
 
  FSEC竞赛规则规定了赛事的三大宗旨:第一,赛事是一项工程竞赛,比拼团队的工程能力,不同于一般唯车手冲线次序的“赛车”;第二,赛事重在培养在校大学生将课程知识转化为工程应用的能力;第三,参赛者可以在规则范围内尽情发挥,赛车的外观、尺寸、电池电压、车手装备、防滚性能等都基于安全考量做了严格的规定。
 
  车队全员对规则烂熟于心后,你们终于要开始造车了。第一步是把车在电脑上画出来,一如房子需要蓝图。在这个阶段,你们需要用计算机辅助设计软件(CAD)画出车辆的初步图景。你的资金预算决定了图纸中的汽车有几个电机,能设计怎样天马行空的零件,车壳是铝皮还是碳纤维,需要采购哪些零件,以及零件的大致参数。
 
  车辆总布置透明图
 
  有了初步的计算机模型,接下来是计算机辅助仿真和辅助分析环节(CAE/DMU)。零件太粗太厚是否还能减重?能否替换更轻质的材料?不必要的零件能否去除?车辆结构能否满足耐久测试?转向、加速和制动性能的大致参数如何?散热是否设计合理?空气动力学表现又如何?这些问题都将在这一阶段得到初步答案。
 
  整车外流场流线图
 
  在保证刚度、强度和耐久的前提下,更轻质量的车会有更高的性能,这是你们赢得比赛的铁律。辅助分析和辅助仿真得出的结果,可以回归到原始设计,一遍遍优化。如此循环往复,整车的性能目标也就得以一步步朝前迈进,更新迭代。
 
  随着计算机辅助阶段的工作告一段落,实车加工制造环节开始。一部分零件需要外包给校外工厂,把设计图纸和设计参数,以及最重要的钱(以及无尽的跟加工厂反复对接加工工艺、参数和质量的耐心)准备好就行。剩余零件则需要你动用学校的设备和车间来加工制造。车身部分甚至需要手工加工,将碳纤维固化、脱磨、抛光、喷漆;车架则需要用到切割、焊接等硬核手艺。
 
  与此同时,线路和电路板都属于非标准件,自己手工制造也是样品阶段必不可少的过程。该阶段非常考验机械原理、电子电器、金工实习课程的实际应用。有志于加入车队者最好具备较强的动手能力,钳工优先,手残勿进。
 
  所有零件都加工完成后就开始组装,这时会暴露一系列问题。零件公差太大?这个孔开小了?那个塞不进去?这个参数设错了?那个材料选错了?因此,组装的过程往往是对零件的再调整。
 
  看到组装完的赛车呱呱落地,应该是你整场赛事中仅次于拿冠军的享受时刻。别急,你暂时还只能推着车走,此时还需要完成电池模组、电池管理系统、电机和电机控制器的控制软件设计与编程。等到软件根据需求顺利调配能量,将其从电池流向电机后,你的车才能真正跑起来。
 
  别高兴的太早,车子跑起来又会暴露很多问题。速度为什么只有区区5km/h,还赶不上走路?这里的程序写错了?那里的参数设置不合理?车浑身异响?遍地掉零件?这里烧了?那里断了?你需要在接下来的实车测试中不断调整参数,改进设计,重新加工装配,保证你的宝贝爱车不至于在参赛时马失前蹄。悬架、减振器和空气动力学的部分,在测试时尤其不要吝啬轮胎。
 
  在经历悬架、制动、空气动力学、动力分配,电池充放电功率、能量管理等方面的反复调试和改进设计后,你的车总算能开得有模有样,有实力去赛场上与全国同道一决高低了。但怎样的比赛策略,才能助力你脱颖而出?
 
  你怎样拿冠军?
 
  FSEC赛事的宗旨之一,是:“通过解决一些现实中的工程应用问题,来锻炼同学能力,使其适应将来在相关行业的就业”。
 
  因此,该赛事在赛程设置上有别于其他任何赛车运动:它包含一组静态项目:商业报告、赛车设计、成本与制造分析,赛车在这一环节全程“静止”不动,分值却高达350分,占总分的35%。如果你在这里一分没拿,后面开得再快再稳也休想拿到名次。
 
  静态项目的考察并不主观。
 
  “商业报告”项目,需要你阐述所造之车背后的商业逻辑,假定把车给推向市场,并规划赛车的生产场地、运输和招商方案、推广和销售策略、项目进度规划等诸多环节。FSEC不但考察你的工程能力,还要把整个车队假想成一个“主机厂”,考察其管理能力。
 
  “赛车设计”项目,你可以简单理解为:一群工程师(车队队员)向另一群工程师(裁判员)阐述自己过去一年的工作成果(赛车)。这要求你充分理解自己做的是什么,为什么要这么做,做的结果又如何,下一步的改进方案是什么。若你阐述不出来,裁判可以合理认为你没有充分学习和正确应用这部分知识,你只是照搬了别人的方案,那么不管赛车的性能多优异,你都将得不到分数。
 
  在“成本与制造分析”项目中,评委会细致考察你一系列关于“性价比的问题”。成本是否能对应性能?整台车的每一个零件的设计、选型、加工、工艺、装配,你是否充分考虑成本?这些灵魂拷问清晰明白告诉你,纯粹的氪金党在FSEC赛事中是没有活路的。
 
  静态测试的同时,你的宝贝车还要通过车辆检查,包括:技术规范、安全规范、侧倾检查、电池箱检查、电控检查、车手逃生、淋雨绝缘测试(噪音测试)、制动测试等。只有都通过了,才有资格驶入赛道参加动态项目。根据往年的情形,这一部分的淘汰率高达30% - 50%——三分之一到一半的车队,连驶入赛道参赛的资格都没有拿到,就被迫打道回府。
 
  原因何在?问题绝大部分出在没有重视、读懂、读透规则。因此,一定要在你的车辆定型后,仔细对照赛事规则,进行模拟车检。
 
  静态项目和车检都通过后,你们终于进入到最激动人心的动态项目环节,包括:直线加速测试、8字环绕测试、高速避障测试、耐久测试、效率测试。大体而言,前三项属于“越快越好”,后二项则是“越稳越好”。
 
  直线加速测试最简单粗暴,从静止开始起步,0 到 75 米的直线加速,加速度越快、耗时越短分数越高,8字环绕测试也是同理。需要注意的是,相对而言,这两项测试的总分都不高,你不需要把调试资源和精力过分倾斜在这些项目,而这就涉及到比赛的策略。
 
  历年的冠军车队,各自的比赛策略千差万别。有的车队走极致的轻量化路线,用低一半的重量在综合性能上战胜对手;也有车队遵循木桶原理,各方面都均衡,各分项分数都不是第一,甚至前三都不是,但总分却能出人意料拔得头筹,这是精密计算+善用规则的结果。当然,也不乏各科都拿第一,门门压倒性优势的三好学生车队。总之,掂量自身实力,找到适合自己的比赛策略。
 
  当然,性能再好的车也需要人来开,车手的培养和选拔必不可少。不同车队各自的培训机制不尽相同,但主力车手一般都会从车队里热爱驾驶的骨干成员中产生。
 
  直线加速测试不太需要驾驶技巧,其它项目则相对考验驾驶水平。通常而言,在技术接近的情形下,体重越轻越占优势,所以每年赛场上都不乏出色的女车手。建议你比赛前动员车队中所有有驾照的成员,定期通过卡丁车、模拟器磨砺驾驶技能,强化体能训练,从中选拔出最适合的车手。
 
  但平心而论,优秀的车手并不能很大程度左右比赛胜局。根据赛事规则,每个车队至少需要4名车手,才能完成所有比赛项目。即便你队里有一名车神,要想轻松赢下整场比赛也是有心无力。
 
  充分的前期准备和适合的竞赛策略,才是赢得比赛的关键,FSEC归根到底是一项工程竞赛,比拼的是团队的工程能力。
 
  比赛完了,将收获什么?
 
  FSEC比赛结束的那一刻,胜负本身已尘埃落定。但无论最终是否收获了冠军,对参赛学生而言,赛事给人生带来的改变才刚开始。
 
  “用一年多的时间把书本上的知识转化为一辆实际的赛车,这本身就是最大的奖励。大家会在未来职业生涯中感受到这一年多的付出对人生的意义。”今年的颁奖典礼上,蔚来创始人李斌如此鼓励所有参赛学生。
 
  进入车队、经历赛事后,参赛学生早已习惯于利用检索、论坛、图书馆,或者通过与专业人士讨论,去主动积累和拓展某个领域的知识和应用。学生们将找到了适合自己的终身学习方法。
 
  参赛学生也将明白,只要通过努力,最终一定能够在某个专业领域获得愉悦与满足。这个愉悦不是来自冠军奖杯,而是忍耐持久学习的痛苦,收获长周期回报的持续满足和成就感。换言之,收获了“高延迟满足”的能力。
 
  最后,具体到汽车专业领域,参赛大学生的成才周期也会大大缩短。毕竟,很多毕业生经过三五年才初步融入汽车企业,再过三五年才能做上属于自己的独立项目,这还只是整车中非常小的一个细分。而参赛学生在大学阶段已经设计制造出过一台又一台的整车,麻雀虽小,五脏俱全,专业视野会宽广得多。
 
  “汽车人才是工科人才,如果没有实践,只学习书本是没用的。”以赛事作为实践条件,为中国汽车教育进行了有益的补充,是蔚来汽车创始人李斌联合中国汽车工程学会于2010年发起中国大学生方程式大赛(FSC)的初衷。
 
  2015年11月,原FSC电动汽车组独立成赛,成立中国大学生电动方程式(FSEC)大赛,而蔚来汽车作为冠名合作伙伴,一如既往持续支持赛事。2021赛季,蔚来又正式启动对FSAC中国大学生无人驾驶方程式大赛的支持。十三年,中国大学生方程式系列赛事参与学生近5万名,为中国汽车产业输送了大量优质后备军。
 
  FSEC赛事经历,会是大学生求职时胸有成竹的敲门砖;会是汽车企业特殊认可的标记物;还会是数万名参赛学生的特殊情感纽带。他们将在中国汽车产业的职场重逢,相互提携,一路同程。
 
  多年以后,面对面试官,愿他们还会想起和小伙伴一起造车、一起比赛的那些个下午。

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