太阳能小汽车的制作方法

【专家解说】：太阳能汽车的系统构造
　　设计并制造一辆太阳能汽车可能需要花费两年以上的时间，这是一个非常庞大的项目工程。为了能够成功的投入使用，每一工作组队员都必须列一个工作计划。这个计划将随着项目的发展而不断变化。但是，它能够提供一个稳定的路线，那就是最终保持项目的顺利前进并达到最终的目标。计划开始是一个时间图表，它被用来制订项目的轮廓，从而决定花费的时间、资金以及各个阶段设计的步骤和设计流程。
　　有一个很奇怪的现象，从一开始到结束有一个共同的地方就是一个计划是对整个项目的成功是非常重要的。这里包括调整目标和客观情况。实施项目之前小组开始设计，我们必须能知道我们想在什么地方什么时间进行。图纸被用到最终的太阳能汽车上面会受到目标和项目客观因素的影响。使用“头脑风暴”法能够引发很多点子。若干个最初的设计可以被考虑，在命令设计相关系统之前首先共同的目标就是汽车的形状。初始的设计会随着汽车底盘设计、机械系统设计、电气系统设计、驱动器系统设计和太阳能光伏阵列设计而发展。设计图稿通过展示决定对未来的调查，以至于最后的图案被确定时才能去除。这里需要考虑如下方面的影响因素。如：1、成本，2、效能，3、制造的可能性，4、顺应规则，5、系统的适应性，6、时间的紧迫性，7、重量负荷。
　　这是从事这个项目，小组必须考虑到工厂和其他的重要因素。
　　难得有一个设计能适应所有的区域。如，用一个车轴发动机设计比一个简单的减少传递要高效的多，也重要的多。但是花费也颇为昂贵。项目组必须具有对最佳替换物具有决策权。接下来的步骤就是对项目程序最佳化，并精选出最初的设计方案。这里有一个替代的过程，利用现代先进的计算机技术程序进行科学的分析。例如：一个组合性的太阳能汽车底盘需要分析使用时的压力，或者车体的外观需要一个建模的程序进行分析。比如，VSAERO，难的部分即使如何选择最终的设计方案。这就是说项目计划对一个项目的成功是如此的重要。
　　在建造一辆太阳能汽车中，设计几个系统的开始仍然是图纸设计阶段，在开始设计阶段整个过程是艰辛的。解决一个个可能出现的问题是对一个系统设计具有非常大的影响。接近最后的建造阶段，测试阶段开始。在合成系统之前测试单个系统运行情况，最后对整辆太阳能汽车拼装；但是这还没有完成，这里还需要若干的时间或周期对其性能进行检测。虽然在图纸中感觉所有问题都迎刃而解，但我们仍要进行相应的测试。当所有系统拼装完毕，再次对太阳能汽车进行测试。
　　最后，经过几个月的艰辛工作和时间的洗礼，每个人都对此心中有数。推出一辆太阳能汽车的时刻才真正来临，你就可以做穿越地域的旅行了。
　　太阳的能量整天都照向地球。然而，能量数的变化受到时间、天气条件和地理位置的影响。这些可利用的太阳能数值被我们所知，被暴晒的太阳能的计算方法是以每秒多少瓦来计算的或W/㎡，在南美洲，在一个明朗的天气里，下午太阳能暴晒地球大约是1000W/㎡。但是在早上、晚上或者多云的天气，太阳的位置变化都会影响太阳的数值。
　　小组必须知道什么时间、什么位置对太阳能汽车是最佳的。
　　给出了一个在太阳能汽车利用能量流的一般方法。在阳光下，太阳能光伏电池板采集阳光，并产生人们通用的电流。这种能量被蓄电池储存并为以后旅行提供动力。或者直接提供给发动机也可以边开边蓄电。能量通过发动机控制器带动车轮运动，推动太阳能汽车前进。
　　一般情况下，车子在运动时，被转换的太阳能光被直接送到发动机控制系统，但有时提供的能量要大于发动机需求的电力。那么多余的能量就会被蓄电池储存以备后用。当太阳能阵列不能提供足够的能量来驱动发动机时，这时蓄电池内的被储存的备用能量将会自动补充。当然，当太阳能汽车不运动时，所有能量将通过太阳能光伏阵列储存在蓄电池内。这里也有一种方法可以有一些回流的能量来推动汽车。当太阳能汽车开始减速时，替代通用的机械制动，发动机将变成了一个发电机，能量流向后通过发动机控制器反向进入蓄电池内进行储存。这就是我们所知道的“回授性制动装置”。能量数值回充到蓄电池中是非常少的，但是却非常实用。
　　发动机控制器
　　大多数太阳能汽车是单座而且对驾驶员来说也很少有乐趣。少数太阳能汽车也能搭乘一个乘客。驾驶员和乘客能看到前方但是很不舒适，铁夹子位置和高的温度。但是，他们却得到未来太阳能汽车驾驶的荣誉。
　　太阳能汽车在普通汽车里也有一些标准未来将成立，如转向信号（前方和后方）、刹车灯、加速装置（汽油踏板）、后视镜、空调装置和通用的导航系统……然而，大多数太阳能汽车没有一个茶杯架，我们可以使用一种变相的系统为我们驾驶员或乘客装水，仅有的收音机，是驾驶员可以通过一两个公共频道与相关工作人员取得联系。当然，我们现在利用先进的技术可以让我们汽车上先进的东西都可以安装到太阳能汽车上。
　　驾驶员和乘客必须保护安全，有几点：护腕安全、头盔，另外，驾驶汽车时，驾驶员更为重要的职能是注意汽车的系统安全和观察仪表是否出现的异常问题。在极少数太阳能汽车里，乘客会帮助处理太阳能汽车系统的问题，太阳能汽车跟普通的汽车具有相似的测量方法。而这些信息主要来源于太阳能汽车系统。
　　驾驶员/乘客是一个小组全体成员的希望，对一个竞赛来说，小组所有成员都把目光集中在这辆太阳能汽车上，支持小组为保证太阳能汽车安全正常行驶制订战略和提供路况信息给驾驶员是必须的。
　　电力系统
　　
　　太阳能汽车的心脏部位就是电力系统，它由蓄电池和电能组成，电力系统控制器管理全部电力的供应和收集工作。蓄电池组就相当于普通汽车的油箱。一个太阳能汽车使用蓄电池组来储存电能以便在必要时使用，太阳能汽车启动装置控制着蓄电池组，但是当太阳能汽车开动后，是通过太阳能阵列提供能量，从而再充到蓄电池组内。由于重要的原因，大量的蓄电池作为能量被使用是有限的。而且设备也还要分不同类型蓄电池，在美国太阳能挑战队蓄电池主要有如下几种：1、铅酸蓄电池，2、镍镉蓄电池，3、锂电池，4、锂聚合物电池。
　　镍镉、镍氢和锂电池比普通的铅酸蓄电池远远提高蓄电能力，重量比普通电池要轻的多。但是他们很少在太阳能汽车中被广泛使用，主要是维护起来很小心，并且很昂贵。
　　电池组是由几个独立的模块连接起来，并形成系统所须的电压。代表性地，我们可以使用的系统电压在84-108V，依靠它的电力系统，有时我们在太阳能汽车运动时降低系统电压。
　　在太阳能汽车里最高级的组件部分就是电力系统。它们包括峰值电力监控仪、发动机控制器和数据采集系统。电力系统最基本的功能就是控制和管理整个系统中的电力。绝大部分我们在安装电力组件时去除辅架，虽然我们在安装时也有传统性的组件或者适用我们太阳能汽车的一般性组件。
　　峰值电力监控仪条件电力来源于太阳能光伏阵列，光伏阵列把能量传递给另外的蓄电池用于储存或直接传递给发动机控制器用于推动发动机。当太阳能光伏阵列正在给蓄电池充电的时候，电池组电力监控仪会保护蓄电池组因过充而被损坏。电池组电力监控仪的号码数值随我们的设计而被使用在太阳能汽车里。峰值电力监控仪是非常的轻质材料构成，并且一般效率能达到95%以上。发动机控制器控制发动机的启动，而发动机启动信号是来自驾驶员的加速装置。对发动机控制器电力管理是通过程序来完成的。而这些都在我们讨论的范畴。由于发动机的启动需要配备不同型号的发动机控制器。当然我们也能够根据发动机工作原理设计图纸来买一台控制器，我们都使用多种型号的发动机控制器，并且使用的工作效率超过90%。很多太阳能汽车使用精确数据检测系统来管理整个太阳能汽车的电力系统，其中包括，太阳能光伏阵列、蓄电池组、发动机控制器和发动机。在有些时候，我们需要掌控电池的电压和电流。从监控系统获得的数据常常用来指定相关的应对策略，来解决制造太阳能汽车时出现的问题。这些有驾驶员收集到的数据在实际太阳能汽车中被运用（如无线数据通讯）
　　驱动轮
　　
　　在太阳能汽车里使用什么类型的发动机没有限制，一般额定的是2-5HP，大多数太阳能汽车使用的发动机是双线圈交流（DC）无刷机，这种交流（DC）无刷机是相当轻质的材料机器，在额定的RPM（每秒转速）达到98%的使用效率。但是它们的价格比普通有刷型交流发动机要昂贵的多。由于在太阳能汽车里多齿轮传送装置使用很少，双线圈性发动机是常用的传送动力装置。在双线圈之间转换改变了发动机的速度频率。低速线圈为太阳能车子的启动和减速提供高的“转力距”，而高速线圈则为太阳能汽车运行提供高效率和最佳的运行效果。类似于我们所说的电力系统，大多数人不愿意购买现有的发动机，但是有些是由于客户或自己按太阳能车子的要求制造。
　　在太阳能汽车里有三个基本类型的传动力方式的变化：1、单减引导式驱动，2、变频履带式驱动，3、轴式驱动。
　　以前，一般大多数使用直接引导式驱动传送动力。发动机是通过一个链条或一个履带同一个单一的齿轮传送装置并与车论连接。如果组件定位准并小心安装的话，维护传送装置是很可靠而且容易。当整个设计全部完成使用效率应超过75%。有很少人使用变频履带式驱动传送动力给车论。齿轮比的改变引起发动机速度的增加。在低速度下引起发动机启动速率的增大。但仍能保持太阳能汽车以一个高速度高效率的行驶效果。变频履带式发动机需要精确的安装和有效精细的配置。
　　自1995年以来，当有些人使用轴式驱动设计太阳能汽车时，高速度，舒适的驾驶受到人们的欢迎。一个轴式发动机去除了许多外加的传送设备。这大大提高了驾驶车辆的效率，缩减了用于驱动车论而需要的能量。轴式驱动使用低转速原因是齿轮传动装置的减少，这样会轻微的降低它的效率。但是它们仍能够达到95%的高效率运行。
　　机械系统
　　太阳能汽车中机械系统在概念里是很简单的，但是我们在设计中，应尽量减少摩擦力和重量，根据不同的路况来设计需要的强度。轻质金属如铝合金和合成金属是常用的，使重量和强度达到最大程度。针对重量和强度的比例从而制造高效率的组件。机械系统包括刹车制动、方向盘和轮胎等。美国太阳能挑战赛规则设定最低标准。机械组件必须是可见的，但是也有些太阳能汽车在设计中没有任何的标准。
　　典型的太阳能汽车一般有3个或4个车轮(ASC规则规定必须至少有三个)，一般三个车轮的配置是两个前轮和一个后轮（通常是驱动轮）。四个轮子的太阳能汽车一般跟普通的机动车是一样（其中后面一个轮子是驱动轮）。另外四轮太阳能汽车的两个后轮并排靠近中央位置（类似于普通三轮机动车的配置）。
　　太阳能汽车中有多档位制动被安装。太阳能车子之间由于在实际中车身与底盘的不同而各异。在太阳能汽车里大部分使用前制动档位闸的比较普遍。而且有两个A手挂档设置，这与普通的机动车很相似。具有代表性的，后退制动档类似于在摩托车的前面使用而此时用在后面。我们设计这些挂档足见是有利于太阳能汽车自由的移动和滑行从而达到最佳的效果。当然，这样设计需要进行适当的调整，从而便于组合与维护。
　　在整个行驶中太阳能汽车的安全是重中之重，太阳能汽车必须有高效的刹车性能并符合标准，这是每一辆太阳能汽车所必须具备的，一般有两个独立的刹车系统。在太阳能汽车中圆盘刹车是普遍采用的一种。因为它们很适合，并有很好的制动力，有些爱好者使用机械型刹车，利用的是水力学的原理。机械刹车比水力性刹车要小而且轻，但是不需提供如此多的刹车阻力而是需要相互协调。为了达到最好的效果，刹车被设计成通过刹车操作杆自由移动，从而使刹车垫摩擦刹车表面进行刹车。
　　在太阳能汽车的驾驶系统，像驾驶员制动系统变化是很大的。我们必须制造一个弧型半径，按要求用特殊方式使用。但是设计必须是很自由活泼的。专业设计的理念应是保证驾驶的可靠性和安全高效。驾驶系统必须经过精确的驾驶测试才能设计。因为任何细微的失误都可能导致无法估量的后果，进而造成轮胎爆裂。在过去的比赛中，由于自行车车轮和车胎重量轻而且很小的摩擦力，经常被使用到太阳能汽车上（滚动摩擦力小）。当支撑起整个太阳能汽车时这些车轮和车胎就出现超重情况了。从而影响太阳能汽车的驾驶和安全性能。ASC规则中明确规定不准出现太阳能汽车车轮和车胎出现超载现象。幸运的是，现在流行的太阳能汽车竞赛敦促一些轮胎生产厂家制造符合太阳能汽车的轮胎。我们使用先进的轮胎，重量轻、摩擦力强，从而提高了太阳能汽车的安全和使用效能。
　　航行——拉力是什么
　　航行工程师对物体周围的空气流进行研究发现了一个方法。一个航行的物体的研究得出在设计车身的外形时一定要尽量的使空气的阻力达到最小。空气释放出的阻力从而阻止物体移动通过。空气阻力影响了物体的外形。
　　空气阻力产生了一个航行的拉力。如果一个物体是流线的，空气在它的周围平滑的流动并且产生的拉力很少，因此这样需要很小的能量就能移动物体。这样设计中就必须考虑“航流”。当一个物体产生很小的空气流时，需要更多的能量来推动他向前移动。
　　我们的目标就是设计太阳能汽车时它具有最小的航行拉力。但仍能保持太阳能陈列有一个平滑的表面，并为驾驶员和组件提供足够舒适的空间。在一至两天的时间测试运动形状的工作就能完成。首先是建造一个平滑的模型用来测试。在风道里检测太阳能汽车通过空气流的过程。第二，就是使用一个强大的计算程序对空气流的模拟试验用计算机来控制模型汽车。
　　深紫色区域标明动力空气但是它是向下流动，红色区域高的动力空气向上部流动。对分离流大家都很清楚，太太阳能汽车后车轮有一点动力流出现。
　　蓄电池
　　我们生活在一个电池能量的世界，从高尔夫两轮运货车到电视设备。我们生活中对电力的需求是有限的但它却是我们的生活必需品。太阳能汽车通过太阳能光伏组件给蓄电池充电（一般可以从早上到下午一整天的时间）。高效的电力经太阳能汽车阵列通过蓄电池储存帮助我们获得最大的能量。常州作为生产制造基地，蓄电池的成熟程度已经具有相当的规模，而且随着常州电动车市场的逐渐成熟，带动蓄电池厂家研发力度。为我们太阳能汽车的蓄电池提供可靠的保证。
　　蓄电池是一种最轻便的电力资源。由一个及多个太阳能光伏电板串联起来，使转变成化学能储存电力。按照同样的方式将所有光伏电板连起来，在两个光伏电池板之间流动的电流叫电极，电极通常是不同的材料，电极被分为含有电磁的材料，这种物质引导离子运动，当两个电极通过一个长的导线连接起来时，一个环行的电路就形成了。
　　化学物质将化学能量转变为电能。化学物质通过反应转化成电能。这种反应就是通过原子的移动走向另一端引起电子的运动，在这时化学反应就自己产生。电极两端就形成了电压。电压端是通过化学反应产生的。在电解液内，反应产生了电流从阳极流出通过电线从阳极穿过。这样通过电线形成电压，也就是充电。当所有的化学能量都被使用后，电压就降至到零。在有电压的情况下，如果化学反应在反向运行，那就开始充电了。
　　太阳能汽车的电池组电压必须达到电动发动机的电压。组合起来的电池组就形成了一个“电池包”，通过额外的能量使其达到最高峰值。当太阳被云层遮盖时就为太阳能车子提供电力。电池组通过光伏阵列补充能量。最初的蓄电池使用完后就随便给丢掉了，它们被用在手电筒、照相机、手提收音机和玩具等上面。第二种蓄电池就是可以重复充电的蓄电池，这就是我们经常说的“可充蓄电池”。在机动车上使用最多的是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池是很便宜的。相对安全而且可以重复利用。但是镍镉蓄电池现在或不久的时间将被大量的应用。在相同的重量情况下镍镉蓄电池是铅酸蓄电池的两倍效率，另外一种蓄电池能够提供强劲能量的就是锂电池，在今后蓄电池的储存能力将会更高。
　　综上所述，太阳能汽车在制造过程中并不复杂，如果有相关的企业和单位投入更高的热情和对未来充满信心，谁占领这片先机市场则谁就是这个市场的领头羊，他将带来的是一个产业，形成的是未来王国。
　　太阳能汽车上的太阳能电池板的有效面积为8平方米,太阳光照射到电池板每平方米电池上的辐射功率为1千瓦,在晴天,电池对太阳时产生的电压为120伏,并对车上的电动机提供10安的电流
　　求太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为多少
　　120*10/8*1000=15%
　　如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%,当汽车受到的牵引力为150牛并在水平面上匀速行驶时,汽车的行驶速度为多大
　　120*10*75%=900瓦
　　900/150=6米/