Η Formula Student είναι ένας διεθνής φοιτητικός διαγωνισμός σχεδιασμού στον οποίο πανεπιστημιακές ομάδες από όλο τον κόσμο αναπτύσσουν, κατασκευάζουν, παρουσιάζουν και λειτουργούν τα δικά τους αγωνιστικά αυτοκίνητα τύπου formula. Η ομάδα ELBFLORACE Formula Student του TU Dresden είναι μία από αυτές. Ιδρύθηκε ως εγγεγραμμένο σωματείο το 2006, περίπου 80 φοιτητές συμμετέχουν ενεργά στο έργο κάθε χρόνο και κατασκευάζουν ήδη το 18ο όχημά τους για τη σεζόν 2025/26. Αυτό θα κινείται πλήρως ηλεκτρικά στις πίστες αγώνων της Ευρώπης. Σε παγκόσμια σύγκριση, οι επιδόσεις τους τους κατατάσσουν εδώ και χρόνια στο κορυφαίο 10%. Αυτά τα αποτελέσματα θα ήταν αδύνατα χωρίς την υποστήριξη των χορηγών του πανεπιστημίου και της βιομηχανίας, συμπεριλαμβανομένου του ACE.

Το όχημα της προηγούμενης σεζόν, το EFR17ed05, γνωστό και ως "ZoE", ζυγίζει μόνο περίπου 168 κιλά και επιταχύνει από στάση στα 100 km/h σε λιγότερο από 2,3 δευτερόλεπτα το καλοκαίρι του 2025 με τέσσερις υδρόψυκτους κινητήρες τροχών με πλήμνη ισχύος 35 kW ο καθένας, μετατροπείς που αναπτύχθηκαν εσωτερικά και ένα μονοκόκ από πλαστικό ενισχυμένο με ίνες άνθρακα (CFRP). Για τον έλεγχο της ταχύτητας του αγωνιστικού αυτοκινήτου, ο οδηγός έχει στη διάθεσή του ένα πεντάλ επιτάχυνσης και ένα πεντάλ φρένου. Επιπλέον, η κίνηση υποστηρίζεται από διάφορα αυτοαναπτυγμένα χειριστήρια που, για παράδειγμα, παρακολουθούν την ολίσθηση των ελαστικών ή επιτρέπουν πιο ευέλικτη οδήγηση στις στροφές μέσω του torque vectoring.

Σχεδιασμός πεντάλ και ελατήρια αερίου για ειδικές απαιτήσεις

Σε σύγκριση με ένα τυπικό επιβατικό αυτοκίνητο, τα πεντάλ συνδέονται με το όχημα με σημαντικά διαφορετικό τρόπο, έχουν διαφορετική διαδρομή πεντάλ και πληρούν επίσης υψηλότερες απαιτήσεις προκειμένου να παρέχουν στον οδηγό μια κατάλληλη οδηγική εμπειρία. Για παράδειγμα, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι μεγαλύτερες δονήσεις, η δυναμική απόκριση του οχήματος και η μικρότερη δυνατή σωματική κόπωση του οδηγού. Και τα δύο πεντάλ είναι τοποθετημένα σε δικά τους αμαξίδια, ώστε η θέση τους να μπορεί να ρυθμιστεί βέλτιστα για τους μεταβαλλόμενους οδηγούς.

Για την επιτάχυνση του αγωνιστικού αυτοκινήτου, ο οδηγός διαθέτει ένα πεντάλ από CFRP, το οποίο είναι τοποθετημένο σε ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο έλκηθρο, επίσης από CFRP, για κίνηση στις ράγες των σωλήνων CFRP. Το σημείο περιστροφής του πεντάλ βρίσκεται στη φτέρνα του οδηγού με τη μορφή ενός μαγνητικά ντοπαρισμένου μπουλονιού. Η περιστροφή του πεντάλ και συνεπώς του μπουλονιού προσδιορίζεται περιττά μέσω δύο διαφορετικά σχεδιασμένων αισθητήρων Hall. Δύο παράλληλα βιομηχανικά ελατήρια πίεσης αερίου σταθεροποιούν τη διαδρομή του πεντάλ και παρέχουν στον αναβάτη πρόσθετη μηχανική αντίσταση για την εμπειρία οδήγησης. Η αντίσταση αυτή μπορεί να προσαρμοστεί στην ανατροφοδότηση του οδηγού. Η ACE Stoßdämpfer GmbH είναι ένας σημαντικός υποστηρικτής σε αυτόν τον τομέα του σχεδιασμού αγωνιστικών αυτοκινήτων, έχοντας χρηματοδοτήσει την ELBFLORACE e.V. για αρκετά χρόνια με τα βιομηχανικά ελατήρια αερίου GS-10-20-AD-100N και GS-12-20-AD-100N. Η επαφή με την εταιρεία είναι πάντα απλή, ευγενική και διανθισμένη με πολύτιμες πληροφορίες, για τις οποίες η ομάδα είναι πολύ ευγνώμων.

Συμπαγή, ελαφριά στοιχεία μηχανής για βέλτιστη ενσωμάτωση

Λόγω των κανονισμών της Formula Student και των σχετικών απαιτήσεων ασφαλείας, η σχεδιαστική ελευθερία του πεντάλ φρένου είναι περιορισμένη. Κατά συνέπεια, το πεντάλ, η καρότσα και η ράγα κατασκευάζονται από το κράμα αλουμινίου EN-AW-7075 και μόνο οι οδηγοί ποδιών κατασκευάζονται από CFRP. Όταν πατιέται το πεντάλ του φρένου, ένας αισθητήρας δύναμης διαφράγματος τοποθετημένος σε σειρά ενεργοποιείται μέχρι τη δύναμη που ορίζει το μεμονωμένο ελατήριο πίεσης αερίου. το αγωνιστικό αυτοκίνητο φρενάρει και η ενέργεια ανακτάται μέσω του σήματος εξόδου της κυψέλης φορτίου και της ανάκτησης των τεσσάρων ηλεκτροκινητήρων. Η μηχανική πέδηση ενεργοποιείται μόνο μέσω των δύο κύριων κυλίνδρων φρένων για τα μπροστινά και πίσω κυκλώματα φρένων, όταν ξεπεραστεί η δύναμη αποκόλλησης και το ελατήριο πίεσης αερίου μετακινηθεί σημαντικά ως αποτέλεσμα.

Ειδικότερα, η καθορισμένη δύναμη εισαγωγής όταν η ράβδος του εμβόλου εκτείνεται και η αμελητέα απόσταση μέχρι να επιτευχθεί αυτή δικαιολογούν τη χρήση ελατηρίων αερίου για την ομάδα Formula Student Team ELBFLORACE. Έτσι διασφαλίζεται ότι η μηχανική διαδικασία πέδησης και η σχετική απώλεια ενέργειας ξεκινά μόνο στη σχεδιασμένη πίεση του πεντάλ. Εκτός από την ELBFLORACE, τα ελατήρια αερίου βρίσκονται επίσης στα οχήματα Formula Student πολλών άλλων ομάδων. Όλα τους εκμεταλλεύονται το γεγονός ότι τα ελατήρια αερίου είναι συμπαγή και ελαφριά σε σύγκριση με άλλους τύπους ελατηρίων. Αυτό τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται στο στενό μπροστινό μέρος των αυτοκινήτων του μηχανοκίνητου αθλητισμού τύπου formula.

Χάρη στην ατομικά ρυθμιζόμενη πίεση αερίου μέσω μιας βαλβίδας πλήρωσης και την απλή αντικατάσταση ολόκληρου του ελατηρίου, η ELBFLORACE είναι ευέλικτη όσον αφορά την εκ των υστέρων τοποθέτηση των πεντάλ. Η διάσταση του ελατηρίου αερίου είναι ανεξάρτητη από τη δύναμη έκτασης και ανάκλησης στο πλαίσιο της εφαρμογής. Τα ελατήρια αερίου της ACE Stoßdämpfer GmbH δεν χρειάζονται συντήρηση και η διάρκεια ζωής τους ξεπερνά κατά πολύ την περίοδο μιας σεζόν, ακόμη και με εντατική χρήση.

Ελατήρια αερίου από ελαφριά υλικά στο μέλλον

Συνοψίζοντας, η ELBFLORACE Formula Student Team TU Dresden e.V. δείχνει πώς η καινοτόμος τεχνολογία και οι στοχευμένες διαδικασίες ανάπτυξης μπορούν να επιτύχουν κορυφαίες επιδόσεις σε ένα φοιτητικό περιβάλλον. Με μια ομάδα με υψηλά κίνητρα και τη χρήση υλικών και τεχνολογιών τελευταίας τεχνολογίας, αναπτύσσονται κάθε χρόνο οχήματα που θέτουν πρότυπα όσον αφορά την ελαφριά κατασκευή, την τεχνολογία κίνησης και τη μηχανική ελέγχου. Ο συνδυασμός θεωρητικών γνώσεων και πρακτικής εφαρμογής όχι μόνο προετοιμάζει ιδανικά τους σπουδαστές για το επαγγελματικό τους μέλλον, αλλά και προωθεί την τεχνολογική πρόοδο στον τομέα του ηλεκτρικού και αυτόνομου μηχανοκίνητου αθλητισμού.

Για την περαιτέρω βελτιστοποίηση της ελαφριάς κατασκευής, θα ήταν επιθυμητό η ELBFLORACE e.V. να συμμετάσχει στην ανάπτυξη ελατηρίων αερίου από ελαφριά υλικά και να τα εφαρμόσει μελλοντικά σε οχήματα. Η συνεχής υποστήριξη και η στενή συνεργασία με βιομηχανικούς εταίρους όπως η ACE υπογραμμίζουν τη σημασία του έργου για την εκπαίδευση και το πνεύμα καινοτομίας στα πανεπιστήμια παγκοσμίως.