可持续速度

萝拉-Drayson电动赛车突破了电动汽车设计优化的极限。

萝拉-Drayson电动赛车突破了电动汽车设计优化的极限。

布莱恩·奥尔布赖特(Brian Albright)

   
萝拉-Drayson B12/69EV
萝拉-Drayson B12 / 69EV是一款全电动原型赛车,使用新材料制成,包括可回收的复合纤维以及天然亚麻基纤维.

从明年开始,国际联合会’汽车(FIA)将推出“Formula E”冠军赛车系列专门针对电动汽车。几年前,赛车运动和可持续性的融合似乎不太可能。

总部位于英国的德雷森赛车技术是推动电动汽车(EV)赛车设计突破的公司之一。去年,德雷森(Drayson)和劳拉集团(Lola Group)推出了劳拉-德雷森B12 / 69EV,这是一款基于首款动力总成的全电动原型赛车—并部分使用天然纤维和再生碳纤维开发的新型复合材料制成。

It’速度也非常快,最高时速为200 mph,并且能够在3秒内从0加速到60 mph,或者在5.1秒内从0加速到100 mph。但是,范围是有限的。在Formula E赛车形式下,电动汽车将运行四次15分钟的加热,并被30分钟的充电时间打断。

车辆的设计不仅涉及优化速度,功率和空气动力学的常规Formula车辆设计元素,而且还涉及可持续性—既包括电动机的功能,也包括结构中可持续材料的结合。

关注可持续性

德雷森(Drayson)和洛拉(Lola)正在做的事情是以可能对更大的电动汽车市场产生影响的方式扩大电动汽车设计的极限。

“一直以来,我们一直致力于突破EV动力传动系统设计的界限,并向制造商提供反馈,以便最终他们能够开发出可提供更大功率的较小电动机,”德雷森赛车技术的首席工程师Graham Moore说。“它仍然是一个正在进行的项目,并且尚未完成,因此还有很多东西需要学习。每天,我们都在学习有关传动系统在不同条件下的性能的知识。”

萝拉 and Drayson weren’从头开始,已经尝试过“green”美国勒芒系列赛和勒芒洲际杯赛的劳拉B10 / 60原型车(配备Judd V10弹性燃料发动机)中的赛车技术。但是,此后,该团队一直专注于基于原始的Lola Coupe勒芒原型车One(LMP1)开发全电动汽车。

“重点实际上是可持续性”华威大学的华威制造集团(WMG)系的詹姆士·梅瑞迪斯(James Meredith)博士说。梅雷迪思’的团队研究开发了用于汽车的亚麻基和再生复合材料“这不仅来自动力总成,还涉及汽车内外的所有事物,尤其是其中的材料。”

车辆的最终设计标志着R的融合&Warwick和Drayson在复合材料上所做的D工作’的动力总成设计和劳拉集团’改良后的机箱。根据Drayson Racing的说法,最初的项目从2011年7月开始,历时六个月的密集开发。完全组装的原型车于2012年1月的低碳汽车会议上推出。

创新的电池技术,传动系统设计

Drayson团队与英国的软件顾问Desktop Engineering(DTE)合作,将现有的车辆设计(由5.5升的生物燃料Judd发动机提供动力)转换为纯电动传动系统。 DTE建议使用Dassault Syst©mes CATIA PLM Express用于该过程,Drayson认为该过程减少了重新设计所需的总工时。

Drayson使用CATIA CAD软件包以及AeroLap仿真工具来设置车辆的性能目标,该目标基于团队已经了解的原始配置中的LMP1底盘。 AeroLap(来自Ansible Design)是一种用于分析赛车在定义路径上的性能的工具。

“达到目标膝部性能后,我们就知道传动系统的功率输出,电机尺寸,逆变器和电池需要什么,以及会影响设计的物理/功率限制,” Moore says.

对于Drayson而言,一项主要挑战是将动力传动系统与现有车辆设计相结合,在性能与优化车辆重量之间取得平衡。

   
赛车
工程师设计了与包装和冷却系统并行的电动传动系统.

“我们必须考虑不同的选择和电动机,以最终获得一种如今整洁的设计和布局,从而优化空间并管理车重比,”摩尔说。该车重约2200磅。—或约220磅。比原始的LMP1还多。

电动传动系统必须能够支持在比赛以及碰撞中承受的底盘载荷。 Drayson使用CATIA解决方案和广泛的有限元分析(FEA),以便可以在较短的时间内与包装和冷却系统并行设计传动系统。

该车辆完全由A123 Systems制造的先进的纳米磷酸锂锂电池中存储的电量供电,并首次在Lola-Drayson EV上使用。这些单元通过莱茵哈特提供的逆变器驱动牛津YASA轴向通量的四个电动机。马达—产生超过850的峰值马力—仅为后轮提供动力。

YASA还开发了一种新的位置传感器,该传感器可以将两个轻型电动机堆叠在一起,然后为车轮提供3,000Nm的扭矩。充电是通过HaloIPT无线感应系统进行的(将车停在充电板上时可以给它充电)。

考虑到电机的功率重量比,冷却电机也是一项艰巨的任务。 Drayson使用CATIA来确定最佳布局,而不会显着增加重量或影响强度和安全性。该公司正在使用水和空气双重回路来冷却系统。

底盘内置结构电池

根据Lola Group的说法,从后舱壁向前的EV的结构与原始LMP1相同,其中大部分更改发生在后车身之下。

萝拉 leveraged its own in-house CAD, FEA and computational fluid dynamics (CFD) capabilities in the revamped design. The company uses CATIA software on CAD/CAM workstations and a CFD suite that includes ANSYS Fluent, BETA CAE’的ANSA,最佳解决方案’雕刻家和智能照明’■FieldView,用于后期处理和可视化。

 
萝拉

此外,该公司拥有自己的50%比例移动地面风洞,专有的仿真软件以及用于全尺寸车辆的7杆试验台。

萝拉’的风洞功能有助于开发关键的汽车部件:前轮屏幕挡板,后面板和后机翼上的可移动空气动力学表面。驾驶员可以使用电动执行器控制这些表面的位置,从而在操作车辆时增加下压力或减少阻力。一旦驾驶员掌握了主动空气动力学控制功能,两家公司预计减阻能力将高达30%。

后翼也是另一项创新的源泉:“structural batteries”由BAE Systems开发的为车载电子设备供电的设备。这些电池将镍基电池化学成分与碳纤维复合结构相结合,该复合结构可以形成任何形状,并可以用作车辆实际底盘的一部分。这不仅有助于优化重量减轻,还可以增加汽车后续版本的储能能力(当前,BAE技术无法提供足够的功率来驱动电动机)。

再生和天然复合材料

创造一个真正的“green”车辆也意味着要采用可持续材料。车辆中使用的可回收复合材料来自与WMG共同在Warwick,Umeco大学和ELG Carbon Fibre进行的研究和开发。通过回收碳纤维,公司可以减少填埋成本,减少纤维对环境的影响(不会自然分解),并根据行业将ELG估计的碳复合废料水平降低至40%。

对于Lola-Drayson载具,ELG回收了MTM49寿命终止的环氧预浸料中的碳纤维,并用Umeco重新浸渍’s MTM49增韧环氧树脂。

WMG,Lola和Umeco进行了广泛的物理测试,以确定材料的机械性能和冲击性能,并将其与原始预浸料进行了比较。

“我们做了很多拉扯,挤压和弯曲动作,” Meredith says. “我们制作了测试锥,将它们放在吊装设备上,然后将其砸碎到地下以分析其比能量吸收。”

这些测试显示出最小的强度损失和类似的纤维刚度。在此阶段没有计算机仿真或建模,因为正如Meredith所说,该团队正在尝试“建立并获取值以确定材料在不同情况下的关键性能。”

亚麻增强复合材料的开发也来自Umeco / WMG合作伙伴,这次是与Composites Evolution一起进行的。 WMG与工程和物理科学研究委员会以及Warwick创新制造研究中心(WIMRC)合作进行了测试,而Composites Evolution提供了机织亚麻材料,Umeco再次将其浸渍MTM28和MTM49环氧树脂。

亚麻纤维的优点:它们具有与玻璃纤维相似的机械性能,但重量更轻,对环境的影响也较小。它们还具有良好的减振和绝缘特性。

“它们基本上不需要任何能量来生产,非常易于使用,’无毒,而且可生物降解,” Meredith says. “它们也可以燃烧以获取能量,而没有理论上的CO2增益。”

最初,可回收的车身零件将是非结构性的(侧脚架,减震器舱口等),但该公司希望在进一步完善和测试后扩大其用途。德雷森(Drayson)等着看这些零件在实际比赛中的表现,并将继续收集数据并与沃里克(Warwick)集团合作以精炼材料。

“]The new composites] haven’被用于安全关键区域,因此现在进行预测还为时过早,” Moore says. “我们对它们将如何执行的了解很大程度上仍在进行中。”

设计调整继续

B12 / 69EV在今年早些时候的古德伍德速度节上完成了首场比赛,整体排名第11位,并刷新了攀爬电动车的节日记录(53.91秒)。

德雷森(Drayson)和萝拉(Lola)继续在车辆上工作’的设计。他们为明年的第一场Formula E赛事做准备时,对电池技术和主动空气动力学进行了测试。对于可回收的复合材料,Meredith说,WMG正在寻找方法,以更好地利用废旧部件中的短纤维和长纤维,他将其描述为一种废旧纤维。“tangled mess.”

现在已经存在有关材料特性的一些基准信息,Meredith说,该团队可以开始使用建模来开发更复杂的对象(在WMG,研究人员使用VR的SolidWorks,CATIA和Genesis FEA&D).

“We’能够为可能的事情设定基准,” Meredith says. “现在,我们正在考虑将来如何改进。”

布莱恩·奥尔布赖特是俄亥俄州哥伦布市的自由撰稿人。他是《 Frontline Solutions》杂志的前执行编辑,自1990年代中期以来一直在撰写有关技术主题的文章。发送有关此文章的电子邮件至 [电子邮件 protected].

信息

A123系统

Ansible设计

ANSYS

BAE系统

BETA CAE系统

复合材料的演变

达索系统

桌面工程

德雷森赛车技术

ELG碳纤维

智能灯

萝拉 Group

最佳解决方案

梅科

VR&D

华威大学的WMG

Share This Article

订阅我们的免费杂志, 免费的电子邮件通讯或两者兼而有之!

加入超过90,000名工程专业人员的行列,他们将在新闻发布后立即获得最新的工程新闻。


About the Author

布莱恩·奥尔布赖特的头像
布莱恩·奥尔布赖特

布莱恩·奥尔布赖特(Brian Albright)是《 数字工程。请与他联系 [电子邮件 protected].

Follow DE
#3042