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电动飞车突破速度极限:644公里/小时

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?”

王凌继续进行建模工作时,而库克开始解决另一个问题:电池。这天早些时候,他曾向我们展示过CAR的几个电池测试舱。在测试舱内,按照设定的程序不断对电池单体进行充电和放电,同时调整环境参数。这样,CAR的工程师就可以对电池的真实性能有更好的了解——有时,在某些技术指标上,电池的真实情况和广告宣传的还真不一样。过去一年来,库克和队友一直在对业内新秀A123系统公司制造的纳米磷酸铁锂电池进行严格测试。正式试车的时候,飞车必须至少跑两次才能得到官方认可的世界纪录。在每一个60秒时段结束时,库克指出,电池要完全把电放完才行。“我们打算每跑一次都将电池的所有能量用尽,”库克说,“如果能量有剩余的话,就意味着我们在电池上携带了多余的重量。”

A123公司电池的设计,部分是由Bullet团队两个前成员完成的,这些电池不仅比市场上其他电池携带的电量多,而且电池箱更紧凑。库克解释说,他们在上一辆赛车上所使用的标准圆柱形单体电池,就占用了太多的空间。把单体组合到一起时,电池间留有很多空隙。空间的增加,导致了总体积的增大,车子也相应变大了,这意味着迎风面积增加,结果就是速度下降。

库克从他桌边的架子上,取下一个让人联想到汽车电池的黑色盒子,以及一个貌似冰袋、薄而扁平的银色方形包。这种类似子弹袋设计的电池体积更小,而产生的电流强度更大。每一个黑色的模块装有25个子弹袋电池单体,这些单体一个紧挨一个,中间没有任何空隙。由于一共有80个这样的模块,所以和圆柱形单体相比,节省的空间很是可观。“节约了三分之一的重量和体积,”库克说,“这个比原来最好的电池还棒。”

体积不仅仅是对电池的要求。对飞车的设计,主要就是在尽可能窄的空间里,塞进尽可能多的东西。从库克的区域穿过去,就可以看到梅利显示器上的虚拟悬架。通常,为了减轻重量,打破记录的极速汽车都不装悬架。然而,由于驾驶员只有一英里的距离用来加速,梅利和队友决定,要利用这一英里长度上每一英寸的牵引力。盐碱滩上的颠簸会导致车轮空转,尽管只是很短的时间,仍然会导致宝贵的功率被损失掉。梅利说,悬架中的减振器原先是布置在电机和传动系下面的,他现在正在修改这一设计。考虑了整个车子的总布置以后,他意识到减振器可能会导致车子的质心位置变高。“想想变速箱和电机的重量,那可是几百千克呢,”他说,“出于稳定性的考虑,这一块的重量应该尽可能低。”

接着,库克来到外面的车间,一个很长的、开敞的仓库,里面还有其他的CAR学生项目。在飞车工作场地上,库克抓起一只轮胎,其橡胶不到2毫米厚。他解释说,车速超过每小时300英里时,轮胎转得飞快,离心力会使其向外膨胀。橡胶越多,质量越大,使它们相互分离的力也就越大。薄一些的轮胎意味着较低的质量,减少了高速下被撕裂的可能性。问题是,车子会在毛糙的盐碱滩上行驶。“轮胎能抗得住吗?这是让我睡不着的几个问题之一”。

试车倒计时

2012年11月初,团队着手造车刚刚两个月。梅利重新设计了悬架,以降低电机和整车的质心位置,但是否用尾翼仍然没有定论。为安全起见,团队正在考虑采用三个甚至四个减速降落伞。这些额外装备使得车子后部过长,增加了空气阻力。“降落伞的数量还没有确定,”王凌补充说。

今年年初,电池供应商A123破产了,但还算幸运,在A123工作的前团队成员交付了项目需要的电池。“我们所需要的全部东西他们都办齐了,外加一些备件,”库克说。

电机也已完工,只是外形稍有改动。进一步的模拟测试之后,文图瑞公司的工程师认为,电机可能无法提供足够大的功率。不过库克并不气馁。“我们早就学会了不能轻易放弃,”他说。“我们得找找原因。为什么我们不能得到更大的功率?难道是铜绕组(电路的线匝组合)无法通过更强的电流?”深入探究后发现,问题与温度有关。仿真分析表明,电机会过热。于是,库克、梅利和高年级本科生卢克·科尔姆(Luke Kelm),与文图瑞公司的工程师一起重新设计电机的冷却系统。他们改变了油基冷却液的流道,以便让其与电机的更多部位接触,带出更多的热量,使温度降低。

这是飞车项目的传统:一系列叹为观止的技术创新,以及团队的那种为探寻现有技术极限而奋力突破的决心。“这是一次奇妙的实践,”文图瑞老板帕斯特说,“当你不得不把部件的能力发挥到极致,你就能发现新的东西,让你用不同方式来思考问题。”

最终,这些挑战变成了无与伦比的教育实践,造就了一批经历独特的毕业生。过去几年间,飞车团队已经打造了50名工程师,其中大部分都在汽车制造业、航空航天和电池技术行业继续从事重要技术工作。“他们是出色的工程师,因为他们处理过这些复杂的问题,”帕斯特如是评价。

克洛默,先前的大一新生,一时兴起加入了团队,他说学到了远比课堂上多得多的知识。当时对汽车一无所知的小伙子,其后花了两年时间设计了这部电动飞车的电子中枢,这是一套能够监控每一个部件运行情况,并使之与驾驶员操作完美匹配的系统。但是,克洛默和其他人这么做可不仅仅是为了获得学分。说到底,他们依然是大学生,9月份,突破每小时400英里大关的前景让他们激情澎湃。“我们能打破世界记录,”他说,“芸芸学子,有几人能出此言?”

本文作者

格雷戈里·莫恩主要撰写科学与技术方面的报道,作品发表在Atlantic、Discover、Popular Science等美国多家媒体上,还出版过4本著作。

本文译者

田光宇教授是清华大学汽车工程系副主任、车辆与交通研究所副所长以及中国汽车工程学会电动汽车分会的秘书长。他主要研究电动汽车整车集成与控制、电池系统应用技术。

本文来源:环球科学杂志 作者:田光宇/译

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