nieuws

TU Delft wint Formula Student met hightech e-racer

Techniek

In 2001 namen de studenten van het DUT Racing Team voor het eerst deel aan de Formula Student. Sindsdien heeft het team verschillende keren een podiumplaats bemachtigd. Dit jaar bereikte het team weer een eerste plaats. AMT ontleedt de techniek van de winnende auto.

TU Delft wint Formula Student met hightech e-racer

In de beginjaren racete DUT met een viercilinder verbrandingsmotor. In 2003 stapte het team over op een 530cc 1-cilinder, waardoor de gehele auto minder dan 140 kg woog, terwijl de concurrerende auto’s 220 kg wogen. Het Delftse team ontving toen de ‘Engineering Design Award’. In 2006 werd de derde plaats op de Hockenheimring in Duitsland behaald. Een jaar later werd DUT tweede op het Silverstone-circuit in het Verenigd Koninkrijk.

Racen op alcohol

Vanaf 2008 gebruikte DUT ethanol (E85) als brandstof. De DUT08, zoals de auto heette, werd tweede op de Formula Student UK en won de Formula Student Germany. Ook in 2010 won het team in Duitsland. In dat jaar introduceerde Formula Student ook de elektrische raceklasse.

De DUT11 reed niet op een fossiele brandstof, maar op elektriciteit. Die auto bezorgde het team wederom een eerste plaats in het Verenigd Koninkrijk en in Duitsland.  DUT ontwikkelde de auto daarna door.

Vielwielaandrijving en torque vectoring

In 2012 gebruikten de Delftse studenten voor het eerst vierwielaandrijving. Dat had als voordeel dat de auto meer remenergie terug kon winnen en dus minder batterijen nodig had. De auto was ook voorzien van tractiecontrole en torque vectoring. Dat zorgt ervoor dat het vermogen per wiel geregeld wordt en de auto dus nog sneller over het circuit kan.

Meer downforce

Dit jaar heeft het DUT-team veel aandacht besteedt aan de aerodynamica van het voertuig. Aerodynamica speelt een rol bij de downforce van de auto: meer downforce zorgt voor meer grip en betekent dat de auto sneller door de bocht kan. Maar veel downforce kost energie. De uitdaging is dus zorgen voor veel downforce en weinig luchtweerstand. De grootste winst heeft het team behaald met het ontwerp van de onderkant van de auto. De bodemplaat is vlak en aan de achterkant iets naar boven gebogen. Daardoor ontstaat onderdruk onder de auto die voor downforce zorgt. Een vleugel achterop de DUT13 geeft extra downforce. Bij de ontwikkeling is rekening gehouden met de stabiliteit van de auto: het voertuig mag niet ‘opstijgen’ doordat de voorkant loskomt van de grond.

CFRP monocoque

Het chassis bestaat uit een carbon fibre-reinforced polymer, kortweg koolstofvezel, monocoque. Dat is een dragende schaalconstructie. Voordelen van een monocoque zijn het lage gewicht en de hoge torsiestijfheid. De studenten van DUT produceerden de monocoque zelf. De lichaamslengte van de coureur heeft grote invloed op het chassis. In de DUT13 rijden verschillende coureurs, die er allemaal veilig en comfortabel in moeten passen. DUT ontwikkelde daarom een verstelbare pedalenbox, die de coureur op zijn beenlengte afstelt. Stoelkussens zorgen dat de coureur stevig in de stoel zit.

Lichtgewicht remschijven

DUT13 wordt door vier elektromotoren aangedreven. Die hebben elk een maximaal koppel van 27 Nm en een vermogen van 26 kW. Elke motor weegt vier kg. De vierwielaandrijving maakt het mogelijk om de motoren als dynamo in te zetten en remenergie terug te winnen. Daardoor wordt er minder van het hydraulisch remsysteem geëist. Het team heeft gekozen voor een remschijf van AMC225XE. Dat is een composiet van aluminium, silicium en koolstof. Dat levert een gewichtsbesparing van 50% op. Het nadeel van een aluminiumlegering is de relatief lage smelttemperatuur. Bij Formula Student loopt de remschijftemperatuur soms op tot 600 °C. Maar door het regeneratief remmen bereiken de schijven van DUT13 die temperatuur niet en kunnen ze dus probleemloos gebruikt worden.

Motor- en elektronicakoeling

Een koelsysteem koelt de motoren en voert de warmte af via een radiateur. De motorcontrollers hebben zo een temperatuur van 40 °C en de motoren worden gekoeld tot 50 °C. Het koelsysteem kan tot 3800 W aan warmte afvoeren. De vier motorcontrollers zijn gemonteerd op een koelplaat en worden beschermd door een behuizing van koolstofvezels. De motorcontrollers zorgen naast de communicatie met de ECU ook voor omzetting van gelijkstroom naar wisselstroom voor de motoren.

ECU stuurt alles aan

De gelijkstroom komt uit een batterijpakket van 600 V, dat uit 288 cellen bestaat. Het pakket weegt 43 kg. DUT gebruikt lithium polymeer batterijen, die hebben een hoge energiedichtheid en zijn geschikt om snel veel stroom op te nemen en af te geven. De cellen absorberen tot 50 kW van de remenergie. In totaal levert de batterij 85 kW vermogen. De aansturing van de auto gebeurt vanuit de ECU. Die staat met meer dan honderd componenten in verbinding. Als er iets misgaat, schakelt de ECU de motoren direct uit. Via een CAN-bus staat de ECU met de motorcontrollers in verbinding.

Blij met het resultaat

De DUT13 was een succes op de Hockenheimring: de Delftse studenten lieten 39 teams achter zich in de categorie ‘Electric’ en eindigden op de eerste plaats. Teammanager Marius Knol is blij met het resultaat: “Een groot succes, maar wat mij betreft telt niet alleen de eerste plaats. Bij Formula Student hebben we veel geleerd over technische en commerciële vraagstukken die spelen bij de autobouw. De afgelopen maanden zijn we dag en nacht in touw geweest en dat heeft zich uitbetaald.”

Ondersteuning van VW

Het succesverhaal blijft bij autofabrikanten niet onopgemerkt: Volkswagen AG ondersteunt een aantal teams, één daarvan is DUT. Jaarlijks neemt de Duitse autofabrikant duizenden afgestudeerde ingenieurs aan. Thomas Lieber, Hoofd Elektrische Aandrijving bij VW, beschouwt de Formula Student als een goede test voor aanstormend talent. “De deelnemers moeten zich bewijzen met hun vakkennis, innovatiekracht, creativiteit, teamgeest en communicatieve vaardigheden. Elementen die ook belangrijk zijn voor een succesvolle carrière bij Volkswagen.”

Andere Nederlandse teams

Overigens is DUT niet het enige Nederlandse Formula Student-team. Ook de TU Eindhoven heeft een team. Vanwege koelingsproblemen heeft University Racing Eindhoven (URE) de wedstrijd in Hockenheim niet kunnen uitrijden.

Een ander team dat in het verleden in de Formula Student heeft meegereden is ForZe, ook een studententeam uit Delft. Maar dat team wilde DUT niet in het vaarwater zitten, dus bereidt ForZe zich voor om in de Caterham Cup te rijden. ForZe prepareert een Lotus 7 op waterstof. Over de ontwikkeling van de Caterham leest u alles in AMT 7/8.

Zien hoe de Formula Student in zijn werk gaat? Bekijk de Formula Student-auto’s in actie op het circuit van Hockenheim in onderstaande video:

Reageer op dit artikel