פרויקט רכב המירוץ החשמלי של אונ' בן גוריון לשנת 2016

כבר הרבה זמן שאני רוצה לכתוב פה על הפרויקט, אז עכשיו אשלים את חובי לפורום. מזמן לא היה כאן שרשור טכני על רכב פורמולה, ועכשיו זה הזמן, כי יש כאן משהו חדש.

שנת 2015 הייתה שנה משמעותית מאוד לקבוצת –BGR - Ben-Gurion Racing. זו הייתה השנה הראשונה בה נבנו בקבוצה שני רכבי פורמולה סטודנט במקביל, אחד בעל מנוע בעירה פנימית הממשיך את השושלת והפיתוח שהתחיל בקבוצה ב-2011 ולוקח אותו צעד אחד קדימה, ולראשונה נעשה ניסיון לפיתוח רכב פורמולה חשמלי.
רכב הבעירה הפנימית הצליח מאוד בתחרות, כאשר הוא מסיים במקום השמיני מתוך 48 קבוצות בתחרות באיטליה בקיץ שעבר, המיקום הגבוה ביותר לרכב פורמולה סטודנט ישראלי והראשון שנכנס לעשירייה הפותחת בתחרות.
הרכב החשמלי, אשר גם כן טס להתחרות בצ'כיה ובאיטליה בשנה שעברה, לא הבשיל לכדי רכב נוסע, הוצג לשופטים והתחרה במקצים הסטטיים. הרכב למעשה היווה פרויקט פיתוח לטכנולוגיה החדשה של הנעה חשמלית ללא בסיס ידע קיים בנושא כלל. הידע הזה התחיל להיבנות מאפס, בקבוצה.

השנה, הקבוצה עוסקת רק ברכב החשמלי, מתמקדת במעבר מרכב האבטיפוס לרכב תחרותי, כאשר המטרה המרכזית היא הוכחת הקונספט, מימוש הטכנולוגיה החדשה וסיום מוצלח של התחרות כולה ובראשה מקצה האינדורנס, הכולל נסיעה ממושכת של כחצי שעה ומהווה אתגר משמעותי במיוחד לרכבים חשמליים, שמערכת האנרגיה שלהם מתוכננת לאפשר סיום של המקצה בצורה מדויקת.
התפיסה היא להתבסס על המערכות שפותחו בשנה שעברה ולהמשיך את פיתוח והעבודה שלא הסתיימה, להתמקד בפרטים הקטנים של ההנדסה שהופכים את הרכב לאמין, קל לתחזוקה ותפעול, ולא פחות חשוב – בטיחותי. מדובר במתחים וזרמים אדירים, אגיע לזה עוד רגע.
קיווינו להעמיד את הרכב במועד מוקדם ככל האפשר על מנת לבצע תהליך איוולואציה מסודר ונכון, לתקן באגים ולתקל בעיות במערכת ההנעה החשמלית במובן הבקרתי שלה. למציאות כוונות אחרות, ונכון להיום אנחנו בשיא הרכבת הרכב.

אפרט מעט על מבנה הקבוצה והצוותים המבצעים את הפרויקטים השונים.
הקבוצה עובדת במבנה ענפי, כאשר שני ראשי קבוצה מנהלים שלושה ראשי ענפים המנהלים תחתיהם את הצוותים – ענף מכניקה וחומרים מרוכבים, ענף חשמל וענף מחקר ופיתוח. בכל צוות זוג סטודנטים. בנוסף קיים ענף מנהלה הכולל את צוותי הנדסת תעשייה וניהול האמונים על הפן התפעולי של הקבוצה ובניית תוכנית העבודה.

תחת ענף מכניקה וחומרים מרוכבים נמצאים הצוותים העוסקים בפיתוח וייצור המכלולים המכאניים לרכב, וכן בפיתוח מכלולים מסיבי פחמן. צוות שלדת מונוקוק כולל זוג סטודנטים מהנדסת חומרים שמטרתם לאפיין את תהליך בניית השלדה בהיבט החומרים, וזוג סטודנטים מהנדסת מכונות אשר אחראיים על המבנה ועמידתו בעומסים. צוות מתלים אמון על ייצור מערכת מתלים מסיבי פחמן לרכב לראשונה בקבוצה, בנוסף למערכת מתלים משופרת מפלדת כרומולי. צוות הנעה אחראי על ייצור מערכת הנעה מכאנית המכילה את המנועים, גלגלי השיניים והציריות, צוות מכלול גלגל אמון על מכלול האפרייטים, מיסבי הגלגל וכל הקשור להם, וכן על פיתוח ראשון של חישוק גלגל מסיבי פחמן, צוות אווירודינמיקה אחראי על פיתוח ערכה אווירודינמית לרכב הכוללת כנפיים קדמיות ואחוריות, חזית וכונסי צד.

תחת ענף חשמל ישנם חמישה צוותים והם - צוות מנועים האמון על בקרה ושליטה על יחידות ההנעה המורכבות ממנועים ואינוורטרים, צוות אספקת אנרגיה האחראי על מערכת הסוללות המורכבת לרכב ומתן מענה לכל צרכני האנרגיה ברכב. את שני הצוותים הללו מאיישים סטודנטים מהנדסת חשמל. צוות מארז אנרגיה האחראי על הזיווד האלקטרוני למערך הסוללות, צוות פינוי חום האמון על שמירת כל רכיבי הרכב בטמפ' מתאימה ובראשם מערכות החשמל וצוות בקרת הנעה שמטרתו להתחיל פיתוח של מערכת בקרה אקטיבית לרכב המבקרת את המנועים בזמן אמת לשיפור היכולות הדינמיות.

זו השנה הראשונה שקיים ענף מחקר ופיתוח ובו צוותים העוסקים בפיתוח מערכות שאמורות להתממשק לרכבים העתידיים בקבוצה, ומערכות תומכות לפיתוח במסגרת הקבוצה. צוות הנעה תוך גלגלית עוסק בפיתוח תמסורת הממוקמת בתוך חישוק הגלגל ומקשרת בין מנוע חשמלי קטן ורב עוצמה לבין הגלגל, בעלת יחס הפחתה גדול, צוות שיכוך תוך גלגלי החוקר את האפשרות למערכת המבצעת שיכוך בחלל גלגל הרכב, צוות מתקן רבע רכב כולל ארבעה סטודנטים המפתחים מתקן ניסוי לבדיקת מכלול מתלים וגלגל בצורה דינמית אקטיבית.

המפרט הטכני של רכב המירוץ החשמלי לשנת 2016 –

· שלדת מונוקוק מלא מסיבי פחמן
· משקל מוערך 280kg
· מתח עבודה 296v
· זוג מנועי Emrax תלת פאזיים, בקרי Tritium, דיפרנציאל אלקטרוני
· הספק מירבי 64kW ומומנט של 80Nm
· חישוקי 10" בייצור עצמי מסיבי פחמן
· מארז סוללות מאלומיניום בקיבולת 9.5kWh
· מערכת הנעה על בסיס שרשרת 520# כמכלול סגור
· ציריות הנעה מסיבי פחמן
· מערכת מתלים double A arm מסיבי פחמן
· ערכה אווירודינמית הכוללת כנפיים קדמיות ואחוריות, אף וכונסים

את פעילות הקבוצה תומכים מספר רב של ספונסרים שבלעדיהם לא היה ניתן לייצר כאן רכבים שנה אחר שנה. בשנתיים האחרונות הספונסר הראשי של הקבוצה הוא חברת Applied Materials אשר צועדת איתנו יד ביד ותומכת בכל צעד בפיתוח הרכב. החברה תומכת בפרויקט גם בהדרכת הסטודנטים על ידי מהנדסי החברה.

בין יתר הספונסרים הגדולים שלנו נמצאים התעשייה האווירית, איתה אנו מפתחים את שלדות הפחמן שלנו, חברת עשות אשקלון המייעצת לנו בנושאי הנעה וגלגלי שיניים וכן בתהליכי ייצור לחלקים מורכבים, וחברת Flex התומכת בנו בתכנון וייצור כרטיסים אלקטרוניים יעודיים לרכב המירוץ שלנו.
ספונסר נוסף הוא לא אחר מאשר מעצב הרכב עמוס בועז, אשר אמון על עיצוב הרכב, תמיכה בחברי צוות האווירודינמיקה לתכנון הרכיבים השונים ומעצב ביד אומן את פרטי הרכב, מהגדולים לקטנים. הקשר לעמוס הגיע מכאן, מג'יפולוג.

השנה אנו מתחרים בהונגריה בתאריך 18/8 ובספרד ב-24/8, שהיא התחרות המושכת אליה את רוב הקבוצות החזקות באירופה כיום. מטרתנו כאמור היא לסיים בהצלחה את כל מקצי התחרות עם רכב המירוץ החשמלי הראשון בישראל!

בנימה אישית, כתיבת שורות אלו הן סגירת מעגל עבורי. התוודיתי לפרויקט רכב המירוץ בשנת 2006 כאשר פורסם פוסט בפורום על רכב מירוץ בנבנה במעבדה במחלקה הנדסת מכונות באונ' בן גוריון. לג'יפולוג חלק גדול בהבנה הגמורה שהייתה לי מגיל צעיר שאלך ללמוד הנדסת מכונות. כיום אני עומד בראש הקבוצה שמפתחת את הרכב, וזה מאוד מרגש.

אפרט ואבקש מחברי קבוצה שיפרטו על הנושאים השונים ברכב, בהתאם לרמת העניין שלכם. מקווה לפרסם כאן כמה שיותר כולל הרבה תמונות. אם תהיה התעניינות רבה, לא אוכל להזניח את השרשור מחמת עומס בפרויקט...

אמנון.


תמונה מהרכבת העל הממוחשבת לרכב -

קובץ מצורף 109014

עמוס בועז במהלך הפיתוח קונספטים לעיצוב הרכב
קובץ מצורף 109008

קובץ מצורף 109015

שני חצאי השלדה לאחר היציאה מהתבנית ולפני חיבור
קובץ מצורף 109007

קובץ מצורף 109006

הרכב בהרכבה ראשונית
קובץ מצורף 109012

קובץ מצורף 109011

קובץ מצורף 109010


קובץ מצורף 109009

הספונסרים שתומכים בנו שנה אחר שנה
קובץ מצורף 109016


קבוצת BGR לשנת 2016
קובץ מצורף 109013

מעניין מאוד אמנון,כל הכבוד,יש כלכך הרבה שאלות שאני לא יודע מאיפה להתחיל,הדבר הראשון שקפץ לי הוא -מה הסיבה שלא משתמשים בארבעה מנועים ,אחד לכל גלגל ?

אמנון תעשה לי ילד!... כלומר, תבנה לי אוטו!

:rolleyes:

בהצלחה

טל זו שאלה טובה מאוד.

ארבעה מנועים, אחד לכל גלגל זה בהחלט העתיד בתחום ההנעה החשמלית, לפחות לרכבי EFSAE. כל הקבוצות החשמליות החזקות בעולם (AMZ השווצרית, Delft ההולנדית, Greenteam הגרמנית ועוד) עבודות בקונספט זה.

ישנן מספר סיבות למה כרגע הרכב שלנו לא עובד בטכנולוגיה זו. מכיוון שאנו מפתחים את הרכב הראשון שלנו, ללכת על הקונספט הזה זו קפיצה מעל הפופיק עבורנו, מכיוון שהיישום הוא מסובך הרבה יותר. רוב הקבוצות שעובדות עם המערכת עושות זאת לאחר מספר שנים של הרצת רכב עם מערכת הנעה קונבנציונלית יותר.

בלב המערכת קיים מנוע מיוחד מאוד, מנוע תלת פאזי סינכרוני שפותח בחברת AMK הגרמנית המייצרת מנועים לתחום ההנעה המדויקת (צירי CNC לדוגמא) שפותח בשיתוף עם קבוצת הפורמולה סטודנט Delft בשנת 2011. מה שכל כך מיוחד במנוע הוא יחס ההספק למשקל שלו, כ-10kW לקילוגרם. כלומר ממנוע של 3.4 ק"ג בערך, ניתן להוציא קרוב ל-50 כ"ס. הסוד הוא תרכובת של סמריום-קובלט שמרכיבה את המגנטים הקבועים בסטטור, מאפשרת שטף מגנטי חזק מאוד ושוקלת מעט מאוד.
מאז שנת 2011 קבוצות רבות עושות שימוש במנוע ספציפי זה של חברת AMK, כך מתוך רכבי הפורמולה החשמליים העושים שימוש בהנעה תוך גלגלית, כלומר מנוע יחיד הממוקם בתוך מכלול הגלגל, כ-95% עושות זאת עם המנוע הזה. הקבוצות החזקות משתמשות בבסיס המנוע אך משפרות אותו בעצמן עוד יותר.
דרוש הרבה מאוד ידע ויכולת בתחום הבקרה וספציפית בקרה דינמית לרכב על מנת ליישם את המערכת הזו. הקבוצות הללו עושות זאת בהדרכה של יצרני הרכב הגדולים, כמו BMW, מרצדס, אאודי ועוד כמה.

בכל זאת, מתוך הבנה שזה העתיד עבור רכבים חשמליים ב-FSAE, כחלק מפעילות הקבוצה תחת ענף מחקר ופיתוח, התחלנו השנה בפיתוח מערכת תמסורת עבור המנוע הזה, הממוקם בתוך חלל החישוק. במקרה זה פרויקט הגמר שלי לתואר.

קובץ מצורף 109028


חוץ מיתרון צפיפות האנרגיה הגבוהה של המנוע, הוא מספק כ-28Nm ומאפיין נוסף וחשוב הוא המהירות הסופית שלו, כ-18,000 סל"ד. למה זה טוב? כי על מנת להשיג מהירות סופית של 120 קמ"ש לרכב (מחוייב תקנונית לפי מארגני התחרות), נדרשת הפחתה של כ-1:11 למהירות בגלגל. מכיוון שכמו כל מנוע חשמלי, המומנט המירבי מתקבל מסל"ד אפס, המומנט בגלגל במהירות אפס הוא כ320Nm, שזה המון! ובהתחשב בכך שניתן ליישם זאת על כל ארבעת גלגלי הרכב, מתקבלת מכונת מירוץ מטורפת.

הפרויקט שלנו השנה סבב סביב לימוד נושא ההנעה התוך גלגלית, סקר מנועים (שהביא אותנו מהר מאוד ללמוד על המנוע של AMK), ופיתוח מכאני של תמסורת כזו, למיקום בתוך האפרייט. אנחנו יישמנו תמסורת פלנטרית דו שלבית שנותנת יחס הפחתה של 1:11.5. היו אתגרים לא פשוטים בתכן, בראשם אילוצים גיאומטריים - קוטר הפנים של חישוק הגלגל שלנו (אנו משתמשים בגלגלי 10") הוא 235 מ"מ. גלגלי השיניים עצמם עומדים בעומסים אדירים גם הם.

סיימנו את הפיתוח עם דגם מושלם של התמסורת והרבה ידע להעביר לשנה הבאה על מנת לממש את הקונספט.
יד ביד עם הפיתוח המכאני, דרוש גם פיתוח אלגוריתם בקרה דינמית למנועים דרך הבקרים היעודיים שלהם. זו אבן הדרך הבאה של הקבוצה, כאשר הבסיס לה הונח כאשר התחלנו לחקור את נושא הבקרה הדינמית עבור הרכב הנוכחי, במקצה התאוצה.

מדהים,תודה אמנון,איך אתה חושב להתמודד עם פינוי החום של התמסורת ?
שיכוך תוך גלגלי להפחתת משקל לא מוקפץ,חתיכת אתגר לא קטן !!!
מרשים מאוד.

תודה טל.
התכנון הנוכחי לפינוי חום מהתמסורת עצמה הוא הסעה טבעית מפני השטח של התמסורת, כשהשמן בתוכה משמש כטווח.
מהמנוע עצמו גם יש צורך לפנות חום, בסחרור מים על גוף המנוע.

לא פחות ממדהים.
בתור מישהו שמתחיל לימודי הנדסת מכונות באונברסיטת אריאל באוקטובר הקרוב , אני מאוד מקווה שבשנים הקרובות גם הם יצטרפו לסדרת התחרויות המדהימות האלה.
לכל חברי הקבוצה אצלכם , ההשתתפות בתכנון נחשבת כפרויקט גמר?
תוכל להעריך בכלליות מה העלות של הפרויקט?