Lập kỷ lục thế giới mới với xe đua điện: từ 0 lên 100 chỉ trong 0,956 giây

• Xe đua điện mythen do sinh viên ETH Zurich và Lucerne University of Applied Sciences and Arts chế tạo đã lập kỷ lục thế giới mới về tăng tốc xe điện khi hoàn thành 0→100km/h trong 0,956 giây
• Bài chạy lập kỷ lục được thực hiện tại Switzerland Innovation Park ở Duebendorf, Thụy Sĩ; xe đạt 100km/h trong quãng đường 12,3m và người lái là Kate Maggetti
• Guinness World Records đã xác nhận kỷ lục này, rút ngắn hơn một phần ba so với mốc 1,461 giây do đội University of Stuttgart lập vào tháng 9/2022
• Sinh viên đã tự phát triển cả PCB, khung gầm và pin; đồng thời giảm trọng lượng xe xuống khoảng 140kg bằng carbon và cấu trúc tổ ong nhôm, trong khi vẫn đạt công suất 240kW, tương đương khoảng 326 mã lực
• Vì độ bám đường ngay sau lúc xuất phát là yếu tố quyết định, đội AMZ đã phát triển một thiết bị hút bám ép thân xe xuống mặt đất thay vì dùng khí động học thông thường chỉ phát huy hiệu quả khi xe đã đạt tốc độ

---

Kỷ lục 0→100km/h hoàn thành trong 0,956 giây

• Các thành viên của Academic Motorsports Club Zurich, AMZ, đã dành gần một năm thời gian rảnh để chế tạo xe điện mythen
• Trong quá trình phát triển, một số bộ phận đã thất bại và phải thiết kế lại nhiều lần
• Guinness World Records đã xác nhận mythen phá kỷ lục tăng tốc thế giới của xe điện
• Điều kiện của bài chạy lập kỷ lục như sau
  • Địa điểm: Switzerland Innovation Park ở Duebendorf, Thụy Sĩ
  • Quãng đường: 12,3m
  • Tốc độ: từ 0 lên 100km/h, tức từ 0 lên 62,15mph
  • Thời gian: 0,956 giây
  • Người lái: Kate Maggetti
• Kỷ lục trước đó là 1,461 giây do đội University of Stuttgart lập vào tháng 9/2022, và mythen đã rút ngắn thành tích này hơn một phần ba

Cấu trúc xe do chính sinh viên chế tạo

• Các thành phần chính của mythen đều do sinh viên tự phát triển và tối ưu hóa theo chức năng
  • PCB
  • Khung gầm
  • Pin
• Sử dụng carbon nhẹ và cấu trúc tổ ong nhôm, họ giảm trọng lượng xe xuống khoảng 140kg, tương đương 309 pound
• Bốn động cơ trong moay-ơ bánh xe do sinh viên phát triển cùng hệ truyền động đặc biệt tạo ra công suất 240kW, tương đương khoảng 326 mã lực

Cách đảm bảo độ bám đường ngay thời điểm xuất phát

• Dario Messerli, phụ trách khí động học của AMZ, cho rằng trong kỷ lục tăng tốc, việc truyền lực xuống mặt đường hiệu quả quan trọng không kém công suất
• Xe Formula One thông thường sử dụng khí động học với cánh trước hoặc cánh sau để ép thân xe xuống mặt đất
• Hiệu ứng khí động học này chỉ hoạt động khi xe đạt đến một tốc độ nhất định
• Để có độ bám mạnh ngay từ lúc xuất phát, đội AMZ đã phát triển một thiết bị giống máy hút bụi hút thân xe bám chặt xuống mặt đất

Kỷ lục tăng tốc xe điện trở lại với Thụy Sĩ

• AMZ từng hai lần lập kỷ lục tăng tốc thế giới xe điện vào các năm 2014 và 2016
• Sau đó, đội University of Stuttgart đã phá kỷ lục của AMZ
• Với thành tích của mythen lần này, kỷ lục tăng tốc thế giới xe điện đã trở lại trong tay đội Thụy Sĩ
• Sinh viên ETH Zurich tự tin rằng họ sẽ không sớm để mất kỷ lục này một lần nữa

Hoạt động của AMZ

• AMZ được sinh viên ETH Zurich thành lập vào năm 2006
• Khoảng 30 thành viên mỗi năm phát triển một xe đua mới để tham gia các cuộc thi thiết kế quốc tế
• Tại châu Âu, cuộc thi này được biết đến với tên Formula Student
• Ban đầu, họ đã phát triển 3 xe dùng động cơ đốt trong, nhưng từ năm 2010 đã chuyển sang chế tạo xe đua thuần điện
• AMZ mang đến cho sinh viên cơ hội áp dụng kiến thức lý thuyết học trên lớp vào thực tế trong một môi trường kỹ thuật phức tạp
• Câu lạc bộ hoạt động độc lập về tài chính và nhận được hỗ trợ từ nhiều nhà tài trợ cùng các trường đại học Thụy Sĩ

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Mức độ bám đường cần thiết để làm được việc này thật ấn tượng. Có vẻ họ đã lấy một kỹ thuật cũ và tạo ra một dạng sucker car
  https://www.roadandtrack.com/motorsports/a32350/jim-hall-cha...
  Vẫn là công nghệ rất ngầu, nhưng nếu các tổ chức phê chuẩn giải đua không cập nhật quy định, những chiếc xe như vậy rất có thể chỉ dừng lại ở màn khoe thành tích một lần

  • Trong Micromouse(https://en.wikipedia.org/wiki/Micromouse), các thiết bị tự hành giải mê cung, và tất cả thí sinh nhanh nhất đều dùng quạt để tăng độ bám đường nhằm nâng tốc độ
  • Cũng có Brabham BT46 fan car, từng thực sự đua một lần trong F1. Chạy một lần rồi bị cấm :-)
    https://youtu.be/B294RfWj1QE?si=jxYpIgwtH44at6Bq
  • Ai quan tâm đến sucker car có lẽ cũng sẽ thấy màn chạy của McMurtry Speirling, chiếc đã lập kỷ lục Goodwood, rất thú vị
    https://www.youtube.com/watch?v=5JYp9eGC3Cc
  • Những chiếc xe này xuất phát từ Formula Student, và từ năm 2022 họ đã cho phép lại “hiệu ứng mặt đất có trợ lực (powered ground effect)”, vốn trước đây bị cấm
    Tuy nhiên, chiếc xe này có pin và hệ truyền động được nâng cấp vượt quá mức quy định cho phép, và cũng có khả năng họ đã dùng máy làm ấm lốp hoặc cao su/chất kết dính trên mặt xuất phát/lốp
  • Điều thú vị là đây là xe Formula Student, phiên bản châu Âu của Formula SAE. Trong Formula SAE, hiệu ứng mặt đất có trợ lực đã bị cấm từ lâu, nhưng có vẻ Formula Student thì cho phép

• Có một bức ảnh đặc biệt gây ấn tượng với tôi. Ở vị trí đáng lẽ phải có một trục nào đó truyền mô-men xoắn từ động cơ đến bánh xe, chỉ có dây điện màu vàng
  Tôi biết xe điện vốn hoạt động như vậy, nhưng nhìn trong bối cảnh xe đua mới thấy rõ điện vận hành khác hẳn trực giác của ta về thế giới đến mức nào. Các nhà máy ngày xưa truyền động lực từ động cơ hơi nước trung tâm đến từng ngóc ngách tòa nhà bằng dây đai và trục, rồi khi điện xuất hiện, chúng được thiết kế lại
  Nhìn bức ảnh đó, tôi có cảm giác một điều tương tự đã xảy ra hoặc đang xảy ra. Trong công việc, tôi thường nhấn mạnh “công nghệ nhàm chán” để không chỉ chạy theo cầu vồng, nhưng thỉnh thoảng cũng cần nhớ rằng thực sự có những cục vàng. Nếu không, nhà máy của tôi có lẽ sẽ mãi chạy bằng hơi nước

  • Mô-men xoắn tức thời mà động cơ điện mang lại so với động cơ đốt trong/hệ truyền động truyền thống cũng rất hấp dẫn, nhưng điều có thể hữu ích hơn là khả năng điều chỉnh công suất nhanh hơn nhiều trong hệ thống điện
    Xe điện có thể kiểm soát độ bám chính xác hơn nhiều, nên làm được cả những việc tưởng như bất khả thi. Một video so sánh nhiều mẫu Audi leo dốc trên tuyết giữa xe động cơ đốt trong và xe điện, cho thấy kiểm soát độ bám bằng điện xử lý dễ dàng các tình huống ma sát thấp đến mức khó tưởng tượng: https://www.youtube.com/watch?v=HJRRvHlvhAI
  • Tôi nhớ đến Shop Smith, nổi tiếng với các dụng cụ mộc gia dụng giữa thế kỷ 20. Nó dùng một mô-tơ kết nối với nhiều công cụ gắn kèm để chạy lần lượt từng thứ như máy tiện, cưa vòng, cưa bàn, v.v.
    Tiết kiệm không gian hẳn cũng hấp dẫn, nhưng tôi nghĩ việc chỉ phải mua một mô-tơ điện cũng là yếu tố lớn. Giờ đây, những mô-tơ đủ tốt để thay đổi cuộc sống đã trở thành linh kiện phổ thông, còn các mô-tơ được chế tạo tinh vi thì đang lập kỷ lục thế giới về tăng tốc. Thật là thời đại tuyệt vời để sống
  • Ở một mức độ nào đó thì đúng, nhưng đội này đặc biệt dùng động cơ moay-ơ, nên không cần trục xe truyền thống. Động cơ moay-ơ nổi tiếng là kém hiệu quả, vì vậy hiếm khi được dùng trong xe điện chạy pin thông thường; thường thì mô-tơ được đặt gần giữa trục xe như một phần của “e-axle”
    Xe của đội này về cơ bản được thiết kế chuyên cho tăng tốc, nên họ có thể dùng những cách khó thấy ở các xe phải duy trì tốc độ hoặc vận hành hiệu quả. Ý tưởng thật sự xuất sắc
  • Một sự thật thú vị: khá nhiều cơ sở công nghiệp hiện đại dùng rất nhiều khí nén để vận hành thiết bị bên trong
    Ở nhiều cơ sở của Amazon, máy nén chính nằm đâu đó trong khuôn viên và nạp đầy một bồn lớn. Khí nén được dẫn bằng đường ống đi khắp cơ sở[0], vận hành nhiều bộ phận chuyển động theo vòng hở và tạo ra tiếng “xì” đặc trưng[1] khi thiết bị di chuyển rồi xả khí. Không phải tất cả, nhưng khá nhiều thiết bị đơn giản cần chuyển động nhanh và có lực ở mức nào đó là như vậy
    Tất cả đều được máy tính điều khiển và điện cũng chiếm vai trò lớn, nhưng lực truyền động thực tế đến từ khí nén. Khá ngầu
    [0] Các kỹ thuật viên điều khiển tại hiện trường đã giải thích như vậy
    [1] https://www.youtube.com/watch?v=Y5Hf08XrI_A nghe đặc biệt rõ trong khoảng 30 giây đầu
  • Ở đây, về cơ bản họ đã loại bỏ phần “phân phối công cơ học” khỏi quy trình
    Thật đáng kinh ngạc khi chuyển động lên xuống của các xi-lanh trong ô tô, chính xác hơn là chuyển động bị cưỡng bức lên xuống bởi những vụ nổ nhỏ, lại được biến thành công. Việc biến chuyển động quay thành công là một phương thức lâu đời của nhân loại, và trong tương lai khi đi ra vũ trụ, nó có thể sẽ không còn chiếm vai trò lớn như vậy

• Ấn tượng thật, nhưng nếu so sánh thì chỉ khoảng một nửa gia tốc của Top Fuel dragster, và phía đó vẫn đang tiếp tục nhanh hơn
  Kỷ lục hiện tại của Brittany Force về thời gian ngắn nhất và tốc độ cao nhất nằm ở đây: https://www.nhra.com/news/2022/brittany-force-sets-national-...
  Đạt 0→338,43 mph trong 3,665 giây trên quãng 1000 feet. Vì xe đã trở nên quá nhanh trên 1320 feet, từ năm 2008 họ đã đua trên 1000 feet

  • Dragster gần như phải tháo rời hoàn toàn động cơ sau mỗi lượt chạy, và việc nổ tung thành một quả cầu lửa lớn cũng khá phổ biến
  • Gia tốc tối đa là 8G, khi phanh bằng dù thì giảm tốc tới -6G. Công suất là 11.000 mã lực
  • Thật đáng kinh ngạc khi xe điện 0→60 mph khoảng 0,9 giây, còn Top Fuel khoảng 0,4 giây
  • Tôi tò mò nếu phải chạy 10 cuộc đua với cùng một hệ truyền động thì kết quả sẽ ra sao. Có lẽ sẽ sát nhau hơn nhiều
  • Tôi có cảm giác cuối cùng xe điện sẽ thắng bất kỳ dragster nào. Vì mô-men xoắn tối đa có ngay lập tức

• Đặc biệt ấn tượng nếu nghĩ rằng kỷ lục trước đó là 1,461 giây. Không thường thấy một kỷ lục bị phá với khoảng cách lớn như vậy

• Tôi nghĩ những hub motor như thế này là tương lai. Có thể dùng không gian dưới gầm xe cho nhiều pin hơn, loại bỏ sự phức tạp của trục truyền động và khớp các-đăng, đồng thời phần mềm có thể kiểm soát độ bám hoàn toàn
  Thời gian thiết kế xe mới cũng giảm. Chỉ cần nối dây nguồn và cáp dữ liệu tới bánh xe là thành một chiếc xe, và đây cũng là bước đầu tiên để tiến tới phanh hoàn toàn bằng điện
  Nhược điểm là khối lượng không được treo tăng lên. Nhưng các động cơ hiện đại đang ngày càng nhẹ hơn. Nếu không có trục truyền động, có thể sẽ làm được những chuyển động táo bạo như bánh xe dịch vào/ra để tránh ổ gà, hoặc điều chỉnh camber động theo mặt đường đang chạy

  • Một lý do động cơ hiện đại nhẹ hơn là có thể dùng rotor nhỏ hơn để tạo mô-men xoắn thấp hơn nhưng bù lại bằng vòng tua cao hơn. Với hub motor thì điều đó là không thể
  • Tôi tự hỏi liệu có thể dùng lực ly tâm vào việc gì hữu ích không. Ví dụ có lợi gì trong việc ép các tấm cell pin sát nhau hơn không?

• Tôi đã thắc mắc nếu so với mô tô thì sao, nhưng không biết rằng mô tô thương mại hiện nay không nhanh hơn hypercar hiện đại là mấy. Mô tô nhanh nhất cũng được ghi nhận ở mức 2,2 giây[1]
  Ngay cả khi loại trừ các xe thể thao triệu đô, những xe như Porsche 911 Turbo S đời 2020 cũng đạt 2,1 giây[2]
  Tôi biết các xe như Tesla hay Lucid nhanh điên rồ, nhưng theo tôi hiểu thì các con số 0→60 được công bố đều là giá trị có tính cả rollout
  [1]https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_fastest_production_mot...
  [2]https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_fastest_production_car...

  • Ô tô được thiết kế để chạy tốc độ cao có lợi thế lớn so với mô tô. Chúng có thể tận dụng downforce để tăng mạnh ma sát giữa lốp và mặt đường, nhờ đó dùng được nhiều lực hơn trước khi mất độ bám và quay trơn
    Mô tô mạnh về tỷ lệ công suất/trọng lượng, nhưng không tận dụng hết được vì nếu dùng toàn bộ lực đó thì bánh xe chỉ quay trơn
    Tôi thấy rất thú vị khi biết một trong những bước tiến lớn nhất trong cuộc đua giải mê cung là đặt quạt bên trong “chú chuột” nhỏ để ép nó xuống, tăng độ bám của bánh xe
    https://hackaday.com/2008/11/26/vacuum-micromouse/
    Phần giải thích chi tiết về cuộc đua mê cung của Veritasium: https://www.youtube.com/watch?v=ZMQbHMgK2rw
  • Video so sánh xe MotoGP và Rimac Nevera
    https://youtu.be/_3868Dnogrk?si=o4rkjjOcdHIBSbMt

• Tôi tò mò vai trò của người lái trong những chiếc xe như thế này là gì. Ngoài việc ngồi trong xe và làm tăng trọng lượng, họ có thực sự làm được nhiều việc không?
  Đây là câu hỏi nghiêm túc, và có thể là câu hỏi thiếu hiểu biết. Tôi hỏi vì mọi thứ diễn ra trong chưa đến 1 giây. Có vẻ không có số để sang, cũng không có góc cua để rẽ, nên tôi không rõ người lái làm gì

  • Nếu không có người trong xe thì có lẽ khó được công nhận là kỷ lục thế giới
    Tôi không phải kỹ sư cơ khí, nhưng nếu là thiết bị không chở người thì chắc chắn có vẻ có thể khiến nó đạt 0→100 trong vòng 1 giây
  • Khi có người ngồi trong xe, mức độ rủi ro tăng lên và cũng có một mức trách nhiệm nhất định. Nếu không thì chẳng phải nó chỉ là một tên lửa cần tiếp xúc với mặt đất ở một mức nào đó sao?
  • Câu hỏi hợp lý, nhưng rốt cuộc thể thao của con người là về con người. Xem robot cạnh tranh với nhau kém thú vị hơn, dù tất nhiên tôi cũng thích điều đó
  • Tôi nghĩ môn đua xe sẽ kém thú vị hơn nhiều nếu thiếu biến số là một con người có kỹ năng nhất định điều khiển chiếc xe. Tôi không chắc khán giả có thấy xe tự lái đua với nhau hấp dẫn đến mức đó không. Dù vậy chắc cũng khá ngầu
  • Xe của AMZ cũng có thể tự lái. Trên thực tế, trong vài năm qua họ là một trong những đội dẫn đầu ở hạng mục tự lái
    Có lẽ đó là điều kiện bắt buộc của hạng mục kỷ lục Guinness này, hoặc đơn giản là họ không muốn bận tâm đến phần mềm

• Phần cốt lõi là: “Để có được độ bám mạnh ngay sau khi xuất phát, đội AMZ đã phát triển một dạng máy hút bụi giữ chiếc xe dính xuống mặt đường bằng lực hút”
  Giờ đây độ bám là yếu tố giới hạn, nên các kỷ lục tăng tốc tốt hơn sẽ đến từ độ bám tốt hơn

  • Trong hiệu năng ô tô, độ bám luôn là yếu tố giới hạn
    Lý do Civic Type R đạt thời gian vòng chạy nhanh hơn những siêu xe exotic đầu thập niên 2010 cũng là vì hợp chất lốp đường phố hiện đại bám tốt ngang lốp đua slick của thời đó. Lốp đua ngày nay, khi được làm nóng, thực sự dính xuống mặt đường nên hệ số ma sát tĩnh lớn hơn 1
  • F1 năm 1978 cũng từng làm điều tương tự: https://en.wikipedia.org/wiki/Brabham_BT46
    Nó hoạt động quá hiệu quả nên tất nhiên đã nhanh chóng bị cấm

• Gia tốc gần 3G. Rất ấn tượng

  • Tôi tính nhẩm bằng tay dựa trên trí nhớ. 3,6 km/h = 1 m/s, và 1g = 9,8 m/s²
    Vì vậy 100 km/h là 27,8 m/s. Nếu đạt tốc độ đó trong 0,956 giây thì gia tốc trung bình là 29,1 m/s²; chia cho 9,8 m/s² thì ra 2,96g
  • Theo máy tính[1] thì có vẻ khoảng 3,5G. Nếu tính cho vui, dựa trên lực mà phi công có thể chịu trong 2 giây, giới hạn có lẽ nằm quanh 0,35 giây
    0,3 giây sẽ là khoảng 11G, đủ để giết người. Tất cả đều dựa trên các con số tìm nhanh được
    Nếu xe có thể tạo 9G trong 2 giây, nó sẽ đạt khoảng 635 km/h
  • Mức này tương tự trò chơi Gravitron phổ biến ở hội chợ

• Tôi đã xem rất nhiều bài thử tăng tốc ô tô trên YouTube (nhờ COVID), và xe điện, đặc biệt là những xe dùng lực ép xuống nhân tạo bằng chân không, đang tiến gần tới những giới hạn tưởng như bất khả thi
  Với tài xế chưa được huấn luyện kỹ, lực tăng tốc dường như tạm thời ảnh hưởng đến cả những chức năng cơ bản như nói chuyện
  Nhưng nếu so với các bài thử tăng tốc–giảm tốc mà John Stapp đã nhiều lần trải qua thì có thể vẫn còn nhẹ: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Stapp
  Tôi không tìm được tốc độ của ông ở mốc 1 giây, nhưng Wikipedia viết rằng vào ngày 3 tháng 1 năm 1955, ông đã tăng tốc trên quãng đường 2.800 foot (850 m) lên tới 632 mph (1.017 km/h) trong 5 giây, sau đó trượt tự do trong 0,5 giây và dừng lại trong 1,4 giây. Chiều dài đường thử được cho là 3.500 foot (1.100 m)