О системе KERS
Эта система позволяет накапливать кинетическую энергию, которая возникает при торможении машины. В последствии эта энергия может использоваться для увеличения мощности болида. Обычно её используют при обгонах, а так же при защите своей позиции в гонке, ну и конечно при старте. Правда по регламенту, включить КЕРС можно, только после достижения болидом скорости в 100 км/ч.
Цель внедрения этой системы, в регламент Формулы 1 — прежде всего для повышения зрелищности гонок, для увеличения количества обгонов, но так же и для показательной роли Королевской формулы, в общем развитии автопрома. Ведь в дальнейшем, система КЕРС, может с успехом быть применима на серийных автомобилях, с целью экономии горючего. Если конечно, система станет доступна по цене, надежна и удобна в эксплуатации. Пока же даже на гоночных болидах, у многих команд есть с ней определенные проблемы.
Сегодня существует два основных направления в развитии КЕРСа — электрическое и механическое. В первом случае энергия накапливается в аккумуляторной батарее, во втором она передаются на маховик, который раскручивается при торможении до 80 тысяч об/мин.
В Формуле 1 применяется электрическая система. По регламенту, мощность КЕРСа ограничена 80-ми лошадиными силами и временем использования на круге в 6 секунд.
Впервые система была использована в сезоне 2009 года, но из-за проблем и малого выигрыша во времени на круге, а так же в более трудных настойках баланса болида, применялась далеко не всеми командами. Так например Рено, использовала КЕРС, лишь в нескольких трассах, где эта система давала ощутимые преимущества, в остальных случаях, КЕРС заменялся балластом, для лучшей настройки болида. В сезоне 2010 от неё совсем отказались, а в 2011 система вновь вернулась в Формулу 1.
Первый рисунок показывает, как обычно размещаются основные компоненты KERS в области топливного бака, а также демонстрирует, как система работает. На стадии зарядки кинетическая энергия от тормозов (1) собирается электромотором-генератором (2), а затем под управлением компьютера (3) заряжает батареи KERS.
На стадии ускорения электронный генератор подаёт сохранённую энергию в мотор, когда пилот нажимает соответствующую кнопку на рулевом колесе. Количество дополнительной энергии аналогично примерно 80 лошадиным силам и может быть использовано в течение 6,6 секунды на круге.
Однако размещение KERS в области топливного бака уменьшает его вместимость (которая в 2008 году обычно составляла 90-100 килограммов) примерно на 15 килограммов. Это существенно с точки зрения гоночной стратегии, особенно на автодромах, где прежде можно было использовать тактику с одним пит-стопом.
Система также требует размещения дополнительных радиаторов для охлаждения батарей. Механический KERS, по сравнению с представленным здесь электрическим вариантом, работает по тому же принципу, но использует для сохранения энергии и её повторного использования маховик.
Однако стоит отметить, что с 2013 года будет внесена поправка в правила, согласно которой станет возможным использование системы KERS с маховиком. Если сейчас регламент разрешает использовать только 400 кДж (при возможности в 800 кДж, то есть система работает лишь с половинной эффеткивностью), то к 2013 году планируется поднять энергию на одном круге до 2 МДж!!
Интересно будет посмотреть на работу столь мощной системы в гоночном режиме. И как вообще она скажется на судьбе Формулы-1
Как работает электрическая система Керс (KERS) в болидах гонок формула-1
Новые экономичные технологии ворвались в мир гонок, в частности в гонки формула-1, совсем недавно. В 2009 году впервые болиды оснастили технологией рекуперации энергии под название KERS (Керс). Давайте же разберемся что это такое.
Рекуперация в свою очередь это вид накопления энергии в частности при торможении. По факту энергия которая была потрачена на разгон автомобиля, потом может превращаться в тепло на тормозных колодках и дисках при торможении. Эта энергия бесполезно распыляется по окружающей среде, а ведь ее можно использовать на благое дело.
Инженеры долго ломали голову над тем как сохранить энергию от торможения для ее дальнейшего использования по ходу гонки.
Одно из первых изобретений был маховик который вращается в вакуумной камере. При торможении маховик раскручивался и вращался до тех пор пока гонщик не нажимал на кнопку керса и не отбирал усилие с маховика для разгона автомобиля.
Так же был разработан гидравлический вариант керса. В этой системе роль накопителя кинетической энергии выполняла гидравлическая жидкость, которая сильно сжималась при торможении. Затем стравливая давление можно было получить дополнительную энергию для разгона. К сожалению эта система совсем не прижилась в современных автомобилях.
В 2009 году на болиде Ferrari F60 была установлена более современная система керса, которая накапливала энергию в электрических аккумуляторах, которая затем в нужный момент могла быть использована для разгона.
Давайте разберемся более подробно как же это работает.
Как работает электрический KERS (Керс)
В ситеме Керс присутствуют несколько ключевых элементов.
Цикл работы системы Керс
Система имеет два цикла.
Не стоит забывать, что в болидах так же присутствует гидравлическая система которая отключает и подключает привод Мотор/генератора к основному валу двигателя через передаточные шестеренки.
Гидравлика позволяет экономить бесценную энергию, которая тратится на вращающие моменты при подключенном Мотор/генераторе, который в отключенном состоянии бесполезен.
3d модель работы системы керс в реальном времени вы можете посмотреть на видео
Системы рекуперации энергии обязательно будут все больше развиваться и выдавать все больше мощности при меньшем весе.
Скорее всего стоит ожидать и прорывов в разработках аккумуляторных батарей.
Судьбу таких новейших технологий так же решит вопрос безопасности.
Так же перегрев батарей или мотора всегда могут стать причиной возгорания в болиде, а значит могут быть угрозой жизни и здоровью водителя.
Особенно это опасно учитывая то, что для правильно развесовки автомобиля, часто аккумуляторные батареи располагаются под сидением водителя в центре кузова.
Некоторые команды использовали электрические мотор генераторы в комплексе с литий-ионным аккумулятором, другие предпочли механический накопитель энергии с помощью быстровращающегося маховика с миниатюрным сцеплением, третьи использовали смешанные системы механических и электронакопительных систем, четвертые вместо литий ионных аккумуляторов попытались перейти на применение суперконденсаторов итд. В общем схем было довольно много, но разберем основные из них.
Описание KERS систем, устанавливаемых на болиды Formula 1
Полностью электрическая система KERS
Мотор генератор, установленный на переднем валу двигателя, при торможении болида ф1 переключается в режим генератора и накапливает электроэнергию в литий ионной аккумуляторной батарее. При необходимости прибавки мощности, пилот нажимает кнопку BOOST на руле и электроэнергия подается на мотор генератор, переключаемый в режим электро-двигателя мощностью 80 лс, которая прибавляется соответственно к основному (ДВС) Батареи сильно грелись и требовали дополнительного охлаждения. В связи с этим вместо аккумуляторной батареи, некоторые команды применяли супер-конденсаторы лишенные этого недостатка.
Электромеханические и механические системы KERS
Механическая система рекуперации энергии KERS Flybrid состояла из блока накопления энергии KERS, основанного на раскрутке маховика массой 5 кг до высоких оборотов (64500 об/мин) Энергия торможения через многоступенчатый редуктор уходила на раскрутку маховика в вакууме через быстродействующий вариатор Torotrak CVT.
Тороидальный вариатор Torotrak CVT обеспечивает передачу потока мощности от силовой установки на маховик и обратно, с минимальными потерями энергии. Всего за 50 миллисекунд он способен изменить передаточное отношение с 6:1 до 1:1
Стальной, либо карбоновый маховик, массой 5 кг, диаметром 240 мм, раскрученный до 64500 об/мин, развивал необходимые 400 кДж, что в перещете на мощность, составляло 80 лс с длительностью 6.75 секунд на каждом круге гонки. Вся система имела вес в 24 кг и занимала объем 13 литров.
Электромеханические системы имели маховик насыщенный магнито-заряженными материалами, в результате он становился ротором двигателя и мог вырабатывать, на неподвижном статоре электроэнергию, которую можно было аккумулировать в батареях с последующим ее использованием. Причем использовать можно, как отдельно, так и совместно с раскрученным маховиком.
Существовало несколько разновидностей электромеханических систем KERS, но всех их объединял принцип накопления энергии не в аккумуляторных батареях, а в раскрутке небольшого маховика до огромных оборотов. Чем выше обороты раскрутки маховика, тем меньше по габаритам и массе может быть маховик при запасении одной и той-же энергии. Зачастую главным ограничением здесь служит, прочность самого маховика, который может разорвать при превышении критичного предела оборотов. Карбоновые маховики обладают гораздо лучшими характеристиками, если необходимо запасти максимальное колличестко энергии с килограмма веса вращающейся части рабочего колеса. Система основанная на механическом аккумулировании энергии обладала лучшим КПД, по сравнению с электрическими KERS. Маховиковая KERS усваивала до 70% энергии торможения против 35% систем основанных на мотор-генераторес аккумуляторной батарреей.
К концу 2013 года самые совершенные KERS системы укладывались по массе в диапазон 20-25 кг.
Cистема рекуперации энергии KERS Flybrid
Тороидальный вариатор Torotrak CVT
Сцепление связи маховика с вариатором. Диски сцепления имеют столь малый диаметр, так как им не приходиться передавать огромный крутящий момент, максимум 18 н/м. При 60000 об в минуту не нужен большой крутящий момент, чтоб получить 80 лс мощности. При дальнейшем понижении рабочих оборотов вариатором, крутящий момент на выходе редуктора возрастает, соответственно падению оборотов.
На сегодняшний день гибридные двигатели болидов формулы один уже не используют механические накопители энергии и все гибридные двигатели Ф1 2014 построены по примерно одной схеме Гибридные технологии формулы один 2014 Но прошлые разработки не прошли мимо автоиндустрии и многие из них используются для экономии топлива и по сей день. Например механические накипители энергии без использования дорогостоящих аккумуляторов, применяют в производстве гибридной части двигателя для автобусов. В условиях современного города с постоянным движением в пробках, с частым троганьем и торможением, гибридные технологии приходяться как нельзя к стати!
KERS и DRS
«Формула-1″ — это автоспорт, который развивается на инновационных решениях. В данный момент наиболее обсуждаемыми в «Формуле-1″ являются технологии Kers и DRS.
Система восстановления кинетической энергии (Kers) сохраняет энергию, когда машина тормозит, в специальном аккумуляторе, чтобы затем водитель мог ее использовать в гонке.
Система DRS — система регулирования заднего антикрыла — открывает заднее антикрыло, чтобы увеличить скорость болида на прямой.
Но в таком быстро развивающемся виде спорта как «Формула-1″ любая новая технология должна сначала доказать свою пригодность для того, чтобы окончательно закрепиться в автоспорте. Так было с Kers и DRS.
Хм, знакомиться с миром Формулы 1 сразу в игре очень сложно, поэтому лучше бы посмотреть хотя бы предыдущий сезон.
DRS — Drag Reduction System — система уменьшения сцепления. Подвижная часть заднего антикрыла, которая может быть задействована в определённых участках трассы (на длинных прямых участках), если вы находитесь позади соперника в одной секунде или меньше. Разрешено использовать только в сухую погоду.
KERS — Kinetic energy recovery system — система восстановления энергии в момент торможения. Когда вы тормозите, специальная система подзаряжает аккумуляторы энергией, которую можно потом использовать в течение 6 секунд, чтобы повысить количество лошадиных сил где-то на 80, точно не помню. Использовать эту систему можно в любой момент гонки или квалификации.
Система рекуперации кинетической энергии (KERS)
Аббревиатура KERS расшифровывается как Kinetic Energy Recovery System – система рекуперации кинетической энергии. Система накапливает кинетическую энергию, которая создается в процессе торможения болида. Накопленная энергия может быть использована для придания дополнительного ускорения болиду при разгоне.
Есть еще один тип системы – гидравлическая KERS, где энергия торможения используется, чтобы накопить гидравлическое давление, которое передается на колеса, когда это требуется.
В настоящее время инструкции разрешают системам KERS передавать максимум 60 киловатт энергии (приблизительно 80 лошадиных сил), в то время как емкость накопительного устройства ограничена 400 килоджоулями. Это означает, что 80 лошадиных сил доступно в течение 6.67 секунд на круге, которые могут быть использованы за один раз или в различных местах трассы. Выигрыш от использования системы составляет приблизительно 0.1 до 0.4 секунды на круге.
Типичная система KERS весит приблизительно 35 килограммов. Болид Формулы 1 должен весить минимум 620 кг (включая пилота), но традиционно команды проектируют болид так, чтобы он был значительно легче и затем загружают до 70 кг балласта, чтобы эффективно распределить вес. Это означает, что при использовании системы KERS, применяется меньше балласта и соответственно у команды меньше возможностей при распределении веса болида. Более тяжелые пилоты испытывали неудобства, и эта проблема позволила увеличить минимальный веса болида на 15 кг, перед сезоном 2010 года.
В настоящее время использование системы KERS не обязательно. Фактически, команды заключили соглашение не использовать систему KERS в 2010 году, но это не означает, что KERS не будет использоваться в будущем.
