Regulering og optimalisering av Shell Eco-maraton kjøretøy

Abstract

Å bygge en bil som kan kjøre tusen kilometer på energien i en eneste liter bensin; er ingeniørkunst. Når tusenvis av Europas ypperste studenter innen teknologi og ingeniørvitenskap hvert år møtes i konkurransen Shell Eco-marathon, utfordres skillet mellom hva som oppfattes som mulige og umulige. Kreativitet og respektløs nytenkning utfoldes når morgendagens teknologer får muligheten til å følge nysgjerrigheten på jakt etter nye å bedre teknologiske løsninger for morgendagens samferdsel. Dette er hvordan det har vært å oppleve og være deltager i NTNU sitt fjerde bidrag til Shell Eco-marathon. Motivasjonen for prosjektet har med andre ord vært stor.Arkitekturen og mange av modulene som ble brukt i kontrollsystemet i 2011-versjonen av DNV Fuel Fighter, ble arvet fra 2010-versjonen. Det ble i 2010 lagt ned et solid stykke arbeid i lage et modulbasert og fleksibelt kontrollsystem til bilen. Det lot seg derfor gjøre å kombinere en videreutvikling av noen av fjorårets løsninger, med også å introdusere helt ny funksjonalitet. Hver modul sin videre inndeling i en spesialmodul, og en universalmodul som er lik for alle nodene i det CAN-baserte nettverket har fortsatt fungert utmerket.Av de nyvinningene som faller inn under denne rapporten, nevnes først og fremst arbeidet med utvikling av et hybridsystem for å kunne bruke en modul av superkondensatore til å øke energiutnyttelsen i den elektriske delen av framdriftssystemet. Det er da først og fremst muligheten til å kunne tilbakeføre noe av bevegelsesenergien fra bilen til kondensatorene under nedbremsing med elektromotoren, som har vært det viktigste formålet. Slik kan energien så lagres til videre bruk under påfølgende akselerasjon. Dette systemet er både simulert og produsert, men ble dessverre ikke tatt i bruk under faktiske konkurransen. For senere studenter ligger det flere muligheter her til å få tatt dette systemet ordentlig i bruk.Videre nevnes det hardware-endringer for å bedre kontrollen over vifta som sørger for luftgjennomstrømning i den hydrogenbaserte brenselcella. Dette ga bedre kontroll over arbeidstemperaturen i cella. I tillegg en ny modul for å sikre gode målinger av flere viktige tilstander i systemet lagt til. Det medførte at det for første gang ble gjennomført målinger av strømmen i koblingene mellom brenselcelle og motorkontroller.Årets største utfordring har imidlertid vært motoren. Uforutsette svakheter i designet av motoren, førte til store problemer å komme opp i store nok hastigheter. Årsaken var at en for høy tilbakeindusert spenning fra motoren gjorde at spenningsnivået som var tilgjengelig fra brenselcella ikke strakk til når turtallet vokste. Dette problemet ble ikke beskrevet i noen rapport fra 2010. I samarbeid med SmartMotor, som en av flere viktige partnere for prosjektet, fikk selv denne utfordringen en løsning. Denne løsningen innebar å øke luftgapet i motoren slik at koblingen mellom permanentmagnetene og statorviklingene ble svakere. Dette er imidlertid en løsning som kompromiterer virkningsgraden i motoren. Hvor mye redusert virkningsgrad denne tilpasningen førte til ble aldri forsøkt målt. Ved en eventuell gjenbruk av motoren, må dette problemet få en permanent løsning.Som kronen på verket ble laget til slutt belønnet med to gjeve priser etter et godt gjennomført løp på konkurransens siste dag. Det ble andreplass i klassen, og pris for beste mediehåndtering.