這幫大學生有多牛？關於大學生方程式賽車上的那些“黑科技”
大學生方程式汽車大賽已在我國成功舉辦了七屆，在各大車隊多方面能力提升的同時，有越來越多的學校參與其中。並有多家車隊亮相國外賽場，留下了屬於中國大學生的身影。而百公里加速的成績可以達到4秒內的大學生方程式賽車為何那麼強？它都有哪些“黑科技”呢？牛仔今天為你解讀。
同濟大學2016賽季戰車
首先，牛仔先帶大家瞭解下，什麼是大學生方程式汽車大賽？
大學生方程式，顧名思義，就是在滿足大賽規則的前提下，參賽車隊在一年內自行設計和製造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優異表現的小型單座方程式賽車。參加靜態和動態8項比賽，具體是：行銷報告、賽車設計、製造成本分析、直線加速、8字繞樁、高速避障、耐久測試和燃油經濟性。2010年，中國汽車工程學會聯合中國20所大學院校在上海舉辦了首屆大賽。到2016年第七屆舉辦時，已有71支車隊報名參加，囊括全國所有汽車專業王牌院校，參賽學生也達到了數千人。並且近幾年來，多家車隊還紛紛在德國賽、日本賽等國際賽場上留下了中國大學生的身影。
2016中國大學生方程式汽車大賽總成績前三強
大學生方程式賽車的性能如何呢？我們可以通過下面這個視頻，體驗一下賽車在高速避障賽道上的速度感。
湖北汽車工業學院東風HUAT車隊車載視頻(高速避障)
接下來，牛仔將為大家簡單介紹下大學生方程式賽車所運用到的一些“黑科技”。
碳纖維單體殼的應用
更輕的品質意味著更好的加速性和操控穩定性，大學生方程式賽車上也有類似於F1賽車和一些超級跑車才有的碳纖維單體殼車架，相比傳統的鋼管桁架式車架，碳纖維單體殼更輕的品質，對自重僅為200KG左右的大學生方程式賽車來說，輕量化效果十分明顯。並且，碳纖維單體殼有著更大的扭轉剛度。不過，單體殼使用的材料多種多樣，但現代使用最多的單體殼材料是由昂貴的碳纖維製成，這種材料的強度是鋼的數倍，但是品質只有其5分之一。單體殼的製作需要的模具和設備材料也非常昂貴，並且需要保證單體殼具有較高的製作工藝。受限於高成本，以及國內企業較少的單體殼製造設備。目前只有少數學校真正運用碳纖維單體殼。
碳纖維單體殼
其實，不管是單體殼還是鋼管車架，作為賽車各系統部件及車手安全的承載體，車架都需要足夠的車手保護以及合理的佈置。在設計方面需要隊員對汽車設計流程、人機工程、資料獲取、CAD建模、應力分析等十分瞭解。在加工製作時，更需要設計相應的夾具保證加工精度。並且對鋼管桁架式結構的車架的焊接時，更考驗了大學生的焊接技術。
鋼管桁架式車架
利用替代式ECU及自製發動機配件，提升發動機動力
開發一台發動機以于一所大學的實力來說幾乎是不可能的，所以大部分車隊都採購摩托車發動機為賽車提供動力。大賽對發動機的規定是非常嚴格，首先必須是4衝程迴圈且排量不超過610cc。有的車隊會用四缸機，比如本田CBR600RR摩托車發動機、鈴木GSX600等。也有車隊會使用小型的V-twin或單缸發動機，比如國產的亞翔450和本田CRF450等。
本田CBR600RR摩托車
不過，受限於20mm直徑的進氣限制，及賽車的佈置方式，配套的原車發動機的大部分系統都無法很好的直接套用。大多數學校都重新設計自己的進排氣系統，利用碳纖維材料製作進氣穩壓腔、鈦合金材料製作排氣歧管。並且重新設計了配套的發動機冷卻、潤滑以及ECU調教。有的車隊利用渦輪增壓，大大提升發動機的功率及扭矩；有的車隊自行設計幹式油底殼，大大的降低發動機高度。甚至，同濟大學賽車隊還使用了自己開發的電子節氣門。同時，改完的發動機還要再上發動機台架設備，利用替代式ECU，進行動力性和燃油經濟性的標定。
Motec m800 ECU
標定後的四缸發動機可以達到80匹左右的功率以及50牛·米左右的扭矩，對於200多公斤的賽車來說，動力效果可謂十分明顯，這也使得一些賽車能夠用4秒多的時間跑完75米的直線加速距離。並且學生們自主設計生產油箱、座艙儀錶，並利用牽引力控制、彈射起步功能實現附著力較差的情況下，賽車也能平穩起步。
空氣動力學套件及碳纖維零部件
下壓力的提升可以增大車輛的抓地力，由此可以獲得更好的操縱性。
相對於時速可以達到300km/h的超級跑車來說，大學生方程式賽車比賽的平均速度大概60km/h，過彎速度更小一些。所以需要在較低的速度下獲取足夠的下壓力，賽車的前翼、尾翼及擴散器就需要設計的很大。而具體的設計，是學生通過風洞試驗室或者電腦模擬流體力學才能得出設計結果。多數車隊會靠提高下壓力來改善賽車的空氣動力性能，比如安裝定風翼和側翼等等。賽車如何在賽道上提高速度，主要與賽車的設計有關，通常空氣阻力小的賽車單圈要比阻力大的賽車要快幾秒。但在有風的情況下，車的牽引力又非常重要，特別是在燃油經濟性比賽中，氣動效應是非常顯著的。
另外，一些大學還擁有類似於F1賽車所採用的DRS系統，其目的是在一些工況下，減少空氣阻力。其原理就是在賽車進入直道時，把尾翼的上方的副翼調平，減少尾部的下壓力，進而讓賽車減少在高速情況下的阻力，讓氣流暢通的流過賽車尾部，從而在速度上更快。 通過各種感測器採集的信號進行處理，利用電動機構或是氣動機構的控制。大學生們將這一科技真正用到了賽場上。
並且，這些碳纖維空氣動力學套件的製作，基本上由學生自己完成，首先，製作任何碳纖維零件都需要借助相應的模具。然後利用碳纖維布、樹脂等材料然後通過手糊成型、真空灌注成型等工藝進行製作。但是，如果想要獲得光滑的表面則需設計使用對應的陽模和陰模，這樣才能達到所需成品表面的光滑度。
除了空氣套件以外，為了降低整車品質，車身、座椅、方向盤和懸架以及輪圈都是採用碳纖維製作。座椅通過車手的坐姿進行建模，製作出完美符合車手身體包裹性的座椅。類似於勒芒賽車，一些國外賽車隊每個車手都有一個為自己量身定制的座椅。
各種零件的輕量化設計
除了上述的黑科技外，在賽車底盤及發動機的大部分零部件，也都是由學生自己設計及加工。通過選用更優質的材料以及各種電腦模擬分析，從一個個小零件開始，讓賽車能輕多少就請多少。比如，通過自己設計的輪芯輪輻，在保證強度的基礎上，不但品質更輕，並且類似於F1方程式的單螺母鎖緊快拆機構讓賽車拆裝車輪更加迅速。這在賽場上天氣驟變需要更換雨胎時，就輕鬆快速的多了。
同時，在賽車傳動軸方面，各個車隊也是下足了功夫。除了進行相應的應力計算及分析校核外，一些車隊利用熱處理鋼然後打中央減重通孔；一些車隊選擇利用鈦合金材料製作傳動軸；甚至還有一些車隊自己製作粘接碳纖維傳動軸，並達到與傳統鋼制傳動軸同樣的強度水準。
此外，賽車的大部分零件都採用高強度的航空鋁合金加工製作，大學生們利用大量的時間和精力進行相應的結構強度計算及輕量化設計，並通過CNC機床將一件件“藝術品”從模型變成實際零件。下面，讓我們欣賞一下這些賽車“藝術品”。
牛仔有話說：
今天為大家介紹的這些“黑科技”或許在汽車科技飛快發展的今天算不上什麼,但是對於大學生來說，已經實屬不易。這些成果包含了成千上萬名大學生的智慧和汗水，繁忙的加工和練車過程更是不停的磨練著他們的意志力和耐心。通過這項賽事，學生們將自己書本上學到的知識能夠真正應用到實際中來，並將自己的創新能力和動手能力發揮的淋漓盡致。同時，政府部門和社會各界的大力支持以及眾多品牌企業的資助造就了今天中國大學生方程式汽車大賽的蓬勃發展，讓那些熱愛賽車的大學生們能有一個圓夢的平臺。
近兩年來，中國的大學生方程式賽車隊在日本、甚至強手如林的德國賽上都有過不錯的成績。或許在不久後的將來，隨著中國大學生方程式的迅速發展，有更多的賽車隊參與到國外賽中，並以更快更敏捷的賽車以及更強的隊員實力讓國外車隊所佩服。