포뮬러 스튜던트는 전 세계 대학생 팀이 직접 포뮬러 레이싱카를 개발, 제작, 발표 및 운영하는 국제 학생 디자인 경진대회입니다. 드레스덴 공과대학교의 엘브플로어스 포뮬러 스튜던트 팀도 그 중 하나입니다. 2006년에 등록된 협회로 설립된 이 팀은 매년 약 80명의 학생들이 프로젝트에 적극적으로 참여하고 있으며, 2025/26 시즌을 위해 이미 18번째 차량을 제작하고 있습니다. 이 차량은 유럽의 레이싱 트랙을 완전히 전기로 주행하게 됩니다. 전 세계 비교에서 수년 동안 상위 10%에 속하는 성적을 거두었습니다. 이러한 결과는 ACE를 비롯한 대학 및 업계 스폰서의 지원이 없었다면 불가능했을 것입니다.

지난 시즌의 차량인 EFR17ed05, 일명 'ZoE'는 무게가 약 168kg에 불과하며, 각 35kW의 수냉식 휠 허브 모터 4개와 자체 개발한 인버터, 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 만든 모노코크를 통해 정지 상태에서 100km/h까지 2.3초 이내에 가속하는 데 성공했습니다. 운전자는 레이싱카의 속도를 제어하기 위해 가속 페달과 브레이크 페달을 마음대로 조작할 수 있습니다. 또한 타이어 슬립을 모니터링하거나 토크 벡터링을 통해 보다 민첩한 코너링을 가능하게 하는 등 자체 개발한 여러 제어 장치가 드라이빙을 지원합니다.

특별한 요구 사항을 위한 페달 디자인 및 가스 스프링

일반 승용차와 비교하여 페달은 차량에 상당히 다른 방식으로 연결되고, 페달 이동 거리가 다르며, 운전자에게 적합한 주행 경험을 제공하기 위해 더 높은 요구 사항을 충족해야 합니다. 예를 들어, 더 큰 진동, 차량의 동적 반응, 운전자의 신체적 피로를 최소화하는 것이 고려되어야 합니다. 두 페달은 모두 자체 캐리지에 장착되어 있어 운전자의 변화에 따라 위치를 최적으로 조정할 수 있습니다.

레이싱 카의 가속을 위해 운전자는 CFRP로 제작된 페달을 밟고, 이 페달은 역시 CFRP로 제작된 3D 프린팅 썰매에 장착되어 CFRP 튜브 레일 위에서 움직입니다. 페달의 피벗 포인트는 자석으로 도핑된 볼트 형태로 운전자의 발 뒤꿈치에 있습니다. 페달의 회전과 볼트의 회전은 서로 다르게 설계된 두 개의 홀 센서를 통해 이중으로 결정됩니다. 두 개의 병렬 산업용 가스 압력 스프링이 페달 이동을 안정화하고 라이더에게 라이딩 경험을 위한 추가적인 기계적 저항을 제공합니다. 이 저항은 운전자의 피드백에 따라 조정할 수 있습니다. 에이스 스토트댐퍼 GmbH는 레이싱 카 설계 분야의 주요 후원사로, 수년 동안 GS-10-20-AD-100N 및 GS-12-20-AD-100N 산업용 가스 스프링으로 ELBFLORACE e.V.를 후원해 왔습니다. 회사와의 접촉은 항상 복잡하지 않고 정중하며 귀중한 정보로 가득 차 있어 팀은 매우 감사하게 생각합니다.

최적의 통합을 위한 컴팩트하고 가벼운 기계 요소

포뮬러 학생 규정과 관련 안전 요구 사항으로 인해 브레이크 페달의 디자인 자유도가 제한되어 있습니다. 따라서 페달, 캐리지 및 레일은 알루미늄 합금 EN-AW-7075로 제작되었으며 풋 가이드만 CFRP로 제작되었습니다. 브레이크 페달을 밟으면 직렬로 장착된 다이어프램 힘 센서가 개별 가스 압력 스프링에 의해 정의된 힘까지 작동하고, 로드셀의 출력 신호와 4개의 전기 모터의 회생을 통해 레이싱 카가 제동되고 에너지가 회수됩니다. 기계식 제동은 브레이크 이탈력을 초과하고 그 결과 가스 압력 스프링이 크게 움직일 때만 전방 및 후방 브레이크 회로를 위한 두 개의 마스터 브레이크 실린더를 통해 시작됩니다.

특히 피스톤 로드를 확장할 때 정의된 삽입력과 이에 도달할 때까지의 미미한 거리는 포뮬러 스튜던트 팀 엘브플로라스의 가스 스프링 사용을 정당화합니다. 이를 통해 기계식 제동 과정과 관련 에너지 손실이 설계된 페달 압력에서만 시작되도록 보장합니다. 가스 스트럿은 ELBFLORACE 외에도 수많은 다른 팀의 포뮬러 스튜던트 차량에서도 볼 수 있습니다. 이들 모두는 가스 스프링이 다른 스프링 유형에 비해 작고 가볍다는 사실을 활용합니다. 따라서 포뮬러 모터스포츠 차량의 좁은 프론트 엔드에 사용할 수 있습니다.

충전 밸브를 통해 가스 압력을 개별적으로 조절할 수 있고 전체 스프링을 간단히 교체할 수 있기 때문에 엘브플로라스는 페달을 개조할 때 유연하게 사용할 수 있습니다. 가스 스프링의 치수는 적용 범위 내에서 확장 및 축소 힘과 무관합니다. 에이스 스토뎀퍼의 가스 스프링은 유지보수가 필요 없으며, 집중적으로 사용하더라도 수명이 한 시즌을 훨씬 뛰어넘습니다.

향후 경량 소재로 제작된 가스 스프링?

요약하자면, 엘브플로어스 포뮬러 학생 팀 TU 드레스덴 e.V.는 혁신적인 기술과 목표 지향적인 개발 프로세스가 학생 환경에서 어떻게 최고의 성과를 달성할 수 있는지 보여줍니다. 동기 부여가 높은 팀과 최첨단 재료 및 기술을 사용하여 매년 경량 구조, 구동 기술 및 제어 엔지니어링 측면에서 표준을 설정하는 차량이 개발됩니다. 이론적 지식과 실제 적용의 결합은 학생들의 직업적 미래를 최적으로 준비할 뿐만 아니라 전기 및 자율 모터스포츠 분야의 기술 발전을 촉진합니다.

경량 구조를 더욱 최적화하기 위해서는 경량 소재로 만든 가스 스프링 개발에 참여하여 향후 차량에 적용하는 것이 바람직할 것입니다. ACE와 같은 산업 파트너와의 지속적인 지원과 긴밀한 협력은 전 세계 대학에서 교육과 혁신 정신을 위한 프로젝트의 중요성을 강조합니다.