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电动飞车突破速度极限:644公里/小时

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电动飞车突破速度极限:644公里/小时电动飞车:突破速度极限

  褚波

  精彩速览

  俄亥俄州立大学的Buckeye Bullet团队正在建造一辆电动汽车,有望突破400英里/小时的记录,该速度仅有九辆汽油汽车曾经达到过。

  要完成这一项目,这个面临的主要困难有:得用4个电机产生足够强劲的动力;解决空气动力学问题,让车辆既快又稳;确保不会爆胎。

  该车的前几代车型业已创造了电动汽车最高车速的记录,但要突破400英里/小时,团队必须为众多的工程难题找到解决之道。

  如果一切按计划进行,团队将于今年九月在犹他州的邦纳维尔盐碱滩上,对400英里/小时的记录发起冲击。

  撰文 格雷戈里•莫恩(Gregory Mone)

  翻译 田光宇

  R•J•克洛默(R. J. Kromer)在美国俄亥俄州立大学读一年级时,有一天去上数学课,走到半路,他被一则学生科技小组的广告吸引了,这组学生在设计燃料电池汽车。此前,他最多就是组装过乐高的机器人套件,但不管怎样,他还是发了封邮件申请加入。想不到,组里的成员马上就给了他回应。“我原来想应该会有各种要求,”克洛默回忆道,“但是他们说,没事,你来吧”。

  于是,克洛默来到了这个小组位于学校汽车研究中心(Center for Automotive Research,CAR)的工作场地。到了这里,他很快就明白了,这个打造出屡破世界纪录的Buckeye Bullet系列替代燃料汽车、大多数成员都还是一脸稚气的独特团队,首先要考验他的奉献精神。克洛默从和工程相关的杂事做起。开头的几个月,他大部分时间都用来整理各种各样的工具、备件或者清扫场地。不过,在打杂之余,高年级的组员开始教他电路、控制系统和其他东西。很快,他在这里学到的东西就超过了在课堂上学到的。第二个年头,有两个高年级学生毕业了,克洛默开始负责电气工程,“实际上,如果你可以不睡觉的话,就能很快对事情熟悉起来”。

  Buckeye Bullet团队里满是类似的故事。组长戴维•库克(David Cooke)是大一时偶然加入的。资深工程师伊万•梅利(Evan Maley)加入的时候,还是一个对高速汽车着迷的天真高中生。库克说,小组在评价新的自愿者时,更看重他们的主动性而不是智商。克洛默自觉熬夜,这是小组的标志性行为,他们经常工作到第一缕晨光从车间尽头30英尺高的车库门下爬进来为止。有时,他们会睡在会议室的地板上,偶尔还会以试车的车道为床。周末,当其他同学沉溺于啤酒中时,他们却在切割金属、测试电池或者设计自己的悬架系统。

  这些可不是卡丁车上的悬架。这个团队已经制造了好几辆史上最快的替代燃料汽车。2008年,引起克洛默兴趣的氢燃料电池汽车的最高时速达到了286英里。两年后,他们把这辆氢燃料电池汽车改造成一辆电动赛车,时速突破了300英里。团队成员坚信,在今年9月,犹他州温多弗(Wendover)郊外的邦纳维尔盐碱滩上,他们重新设计的电动车将会成为时速首次突破400英里的电动汽车。

  迄今,仅有9辆以汽油为动力的轮式汽车达到过如此高的速度。“时速从300英里到400英里的跨度太大了,”库克说。速度接近400英里/小时的时候,气动阻力呈几何级数增长。电机需要更大的电流,这就意味着车上需要更多的电池,会给本来需要轻量化的汽车增加了额外重量。而且,轮胎的转速极高,离心力可能将轮胎撕裂。挑战是巨大的,即使是经验丰富的工程师团队也会望而却步,更不用说一群研究生和读大学的半大孩子了。

  电动飞车的过去与现在

  1993年,现已担任俄亥俄州立大学汽车研究中心主任乔治•里佐尼(Giorgio Rizzoni)组建了第一支学生团队,参加一项大学生电动车大赛。这个学生团队制造的汽车名为Smokin’ Buckeye,在大部分比赛中,这辆汽车都赢得桂冠。但没过几年,这项赛事因故取消,而里佐尼也觉得,这个项目可能走到头了。没想到两个学生告诉他,已经和一家本地公司达成了赞助协议,他们想要制造史上最快的电动汽车。“我看着学生,然后说,‘你们还真是疯狂’,”里佐尼回忆说。

  接下来的十年间,这个学生团队制造了三辆打破世界纪录的汽车。现在,里佐尼几乎从不对团队成员的远大目标、工程能力和谈判技巧提出质疑。当库克和团队成员决定要突破400英里/小时的界限时,他们知道,要实现这个目标,可能得寻求赞助。于是,他们求助于摩纳哥电动汽车制造商文图瑞汽车公司(Venturi Automobiles)的老板、时年45岁的吉尔多•帕兰卡•帕斯特(Gildo Pallanca Pastor)。曾是业余赛车手的帕斯特是摩纳哥的不动产巨头,还涉足餐饮行业,他已经关注这个学生团队好几年了。2010年,他签署了赞助合约,支持这个学生团队向400英里/小时发起冲击。

  两年后,也就是去年8月一个潮湿的星期三,在CAR总部——一幢形状诡异的二层建筑,正面是砖砌结构,后面则是几个洞穴般的飞机库,26岁却留着胡子的库克说,“飞车”的总体设计基本完成。这两名为Venturi Buckeye Bullet 3(VBB3)的电动车总长38英尺,四轮驱动。由于把车子加速到400英里/小时需要的功率实在太大,团队计划用四个电机来分担这一任务。每个电机产生400马力的动力,总功率1 600马力(1马力约0.74千瓦)。

  库克和几个队员一直和文图瑞公司的工程师们合作,设计他们想要的电机。团队里的工程师们提出了理想的尺寸、性能指标和其他详细要求,他们已经就设计方案和文图瑞公司的工程师反复推敲了一年。帕斯特已经开始在美国版的文图瑞电动跑车上,对缩小版的“飞车电机”进行道路实验,这些电动跑车的最高时速为124英里。飞车用的4个电机要稍长一些,动力更加强劲,还得过一段时间才能完工。

  不过,眼下的主要难题还不是电机。在CAR,VBB3团队的大学生和研究生们坐在一间狭小的办公室里,他们中有库克、梅利和一个机灵的、23岁的工程师王凌(Ling Wang,音译)。梅利和库克进屋时,王凌正在电脑上旋转飞车垂直尾翼的三维模型。王凌是空气动力学专家,而空气动力学上的问题,是汽车从时速300英里提升到400英里的最大障碍。克服空气阻力需要的功率和速度的立方成正比。所以速度要翻倍的话,就得需要8倍的功率才行。

  刚刚离开团队去波音公司工作的卡里•伯克(Cary Bork),曾花了两年时间,对VBB3的气动外形进行微调,改变形状,在车轮上覆盖扰流板之类的降低阻力的零件。飞车采用钢制骨架和碳纤维外壳,而在外壳内部,则安置有质量很轻、强度却很高的阻燃纤维Nomex(一种芳族聚酰胺纤维的商品名)。此外,还有一些大难题需要解决,这就是王凌的工作重点——尾翼。

  任何突出车外的东西都会增加空气阻力,但为了保障试车驾驶员——62岁的赛车手罗杰•施洛尔(Roger Schroer)的安全,团队不得不增加尾翼。作用在汽车上的所有空气动力,都可以看做集中在车身的一点上,这个点就叫做风压中心。当该点偏向后部,而汽车的质心靠近前部时,二者相互平衡,使得汽车具备保持直线行驶的能力,即使受到侧风干扰时也不例外。尽管VBB3安装了多个降落伞,还有一套飞机制动器备用,但当赛车旋滚时,所有这些措施都无济于事。库克说,“到了最后那天,最要紧的事情是施洛尔的安全。”

  问题是,怎么在空气动力和安全性之间达成平衡。王凌迅速点击着鼠标,将尾翼拆开,让其在虚拟的三维空间里翻转。他把尾翼逐渐变尖的方案,改为类似于海豚尾巴的结构——在垂直尾翼的顶端安装了一个水平放置的翼片。梅利解释说,团队试图找到在车上增加一个GPS模块和两个摄像头(一个朝前,一个朝后)的办法,以便在汽车高速冲刺时可以获得数据。而增加水平翼片的另一个目的,就是把这三种设备装进去。然后,他将修改方案发给在波音公司工作的伯克。

  不过,王凌很快就告诉大家,新的设计方案被“伯克”掉了。团队成员使用的这个简称,特指伯克常以增加太多空气阻力为由,拒绝修改方案。“伯克的意思是,‘你们这样会让车子的速度变慢,所以别这么干’,”库克解释说。

  王凌略带烦恼地说,“我知道这样会让速度减慢,但是会慢多少呢?”

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