十年征途‧賽車手與他們的賽車
賽車工廠的油車時代
我們的從1到3-其實並不簡單。
Drivers and their cars
Drivers and their cars
2016年9月清大賽車工廠首度赴日本參加國際學生方程式賽車(FSAE-Japan)。即便當時在台灣的參賽隊伍中排名第一,但放眼全球的92支隊伍中只排名第65名,意味著團隊仍有很大的進步空間。
團隊延續第一年參賽經驗,打造出進階版總重225公斤的TH02,比前一代減少125公斤。TH02與TH03共同的目標就是「簡化」,把全車結構及零件輕量化,懸吊系統採用輕巧、強度又高的鈦合金;著重提升製造和組裝效率,確保車輛的可靠性。在動力系統方面,TH03著重提升引擎性能,並選用高性能雙缸649cc變速引擎,團隊在三台油車的研發上一直持續進化。
TH01與TH02是團隊全心全意投入油車研發的時期,即便車隊於2017年決定同時研發油車 (ICV) 與電車 (EV) ,這項重大決策也間接讓TH03(ICV)成為清大賽車工廠的最後一台油車。自2018年起賽車工廠開啟了另一個里程碑,投入電動車的研發行列。
那些年我們造的第一台電動車
2017至2018年是非常重要的賽季,因當時決定同時參賽油車(ICV)與電車(EV)兩個競賽組別,故在2018年新車發表會上,同時間發表兩台新車。
2018年首度以電動車登上日本靜岡「小笠山運動公園」的賽場,就取得電動車組第四名佳績。近年來在電池箱方面,採用磷酸鋰鐵電池,該種電池具有更好的安全性,惟缺點是能量密度相對較低。在電動賽車的部分,電力電子系統全靠自行研發,包括電池箱、斷電迴路、電池管理系統,已畢業的謝昇翰學長是當時學弟們眼中的「奇人」,因賽車工廠電動車的電池、馬達驅動器,全都由該位學長自行研究、自己動手做。當時所研發的電力電子系統迄今仍為團隊電動車輛所使用,可說是團隊當初轉型開發電動車的重要推手,也是第三代電動車關鍵電子系統的研發者。與此同時,也迎來第一台電動車TH03的誕生。
百分百台灣製的四輪驅動電動車
清大賽車工廠的超高自製率,是技壓群雄秘密武器…
「TH05」是團隊開發的第三代電動車,於2020年07月16日正式發表。在歷經一年的設計改良,將後輪驅動改為四輪驅動,電池模組改用能量密度更高的鋰三元電池,電池箱整體減重至55公斤,電壓也較TH04大幅提升35%,底盤則添加了第3支避震器。這些改變不僅達到了輕量化目標、提升操控性能,亦讓賽車更平穩、快速且更安全。
第三代電動車可說是一台「100%台灣製造」的賽車。過去前兩代的電動賽車仍有部分使用進口零件,但「TH05」從裡到外都是Made in Taiwan(MIT),包括使用「威剛科技」的高效能馬達、「能元科技」的鋰三元電池。其中「馬達驅動器」可視為四輪驅動電動車最為重要的一個環節,更是首創的指標,由團隊自行研究、開發、製造,開啟團隊歷史上新的里程碑。
台灣電子技術具世界領先地位,發展電動賽車可謂是未來優勢。「TH05」於2020年實測時,從時速0加速到100公里只需2.7秒,展現出台灣學生自製電動車優勢與特色。
打造台灣第一台學生方程式無人賽車
「無人駕駛系統與無人車演算法-開啟新篇章」
2023年首次在TH07搭載無人車系統,讓賽車可自行在賽道上馳騁。團隊研發Q-Racer演算法和速度感測器,將無人駕駛系統加裝在TH06電動賽車上,以舊有動力系統為基礎,分析車上各零件的受力點並優化、減少重量,整體的空力套件比TH06輕了25%,將總重量降到250公斤,並在封閉式的鋁單體殼上增加維修孔,方便迅速檢測維修。
TH07自駕系統採用氣壓驅動緊急煞車系統,當賽車完全失去動力或發生任何故障都能即時停止,能夠確保車輛和人員安全。在感知與決策系統的部分,使用「光達搭配相機」的方案,整合了光達(備註.1)高準確度與相機可以辨識顏色的優勢,讓賽車可以快速準確地辨識出賽道上的障礙物,並使用Fast SLAM(備註.2)進行賽道建模,得到準確的地圖資訊。最後由電腦再算出最適合的路徑,並下達指令給賽車的轉向、剎車、動力系統進行操控。
在2023年的學生方程式捷克賽,清大賽車工廠也成功地拿下了無人車八字繞環第二名與無人車組的最佳車檢獎的獎項,為清華寫下了歷史的新頁。
備註1.光達(Lidar):英文全名為Light Detection And Ranging,中文稱為光達或雷射雷達,利用光來量測目標物的距離,應用於汽車輔助駕駛系統上,例如障礙物偵測、邊線維持等等
備註2. Fast SLAM:為一種快速定位,同時可解決定位與建圖方法之一,透過此演算法可以得到較為準確的地圖資訊
車手養成之路
「賽車模擬器是訓練車手的絕佳利器…」
賽前準備也是團隊相當重視的一環。每年除了研發上的精進,還需預留空運、海運的時程,因此實際上留給車手操駕實車的時間相對短少。幸而現今科技進步,能高度還原真實世界的「車輛動態」及「輪胎物理」,故將「賽車模擬器」用於車手的前期訓練,可幫助車手熟悉車輛調校和動態表現。
車隊很幸運得到Immersim賽車模擬設備的支持,透過模擬器逼真的感官體驗,能有效訓練車手反應速度、調整踩煞車或油門的力道。透過模擬器的訓練,能幫助車手熟悉各類型賽道、制定最佳走線、加速區域和剎車點,還能將實車參數匯入模擬器平台,訓練車手臨場反應,幫助團隊在比賽中制定戰略。此外,匯出車手的相關數據,能讓團隊追蹤車手的行為和操作並進行深入分析。車模擬器除能讓車手熟悉賽車的操駕外,同時也有效降低現實世界所面對的風險與安全問題。
透過模擬器累積經驗後,車手方能於賽場上發揮最佳水準,攝於德國賽(2023年)