Система керс: Система KERS с маховиком может стать базовой

Содержание

Система KERS с маховиком может стать базовой

Сейчас команды используют систему KERS, запасающую энергию в аккумуляторах, но её эффективность и габариты оставляют желать лучшего, хотя поставленная цель – отработка технологий, которые могут использоваться в конструкции дорожных машин – в этом случае более всего соответствует текущему тренду.

При этом многие считают, что система с маховиком имеет лучшие перспективы – с точки зрения компактности, эффективности и простоты. В сезоне 2013 года Формула 1 перейдёт на новый регламент в конструкции двигателей, сейчас обсуждаются поправки, касающиеся других элементов силовой установки, в том числе и системы рекуперации. Окончательное решение пока не принято, но очень возможно, что за основу будет взят унифицированный вариант KERS с маховиком.

В начале 2009-го компания Flybrid представила систему с маховиком, коробкой передач и трансмиссией особой конструкции. При весе всего в 24 кг, её мощность достигала 80 сил.

С тех пор удалось сделать шаг вперёд, а если будет принято решение об использовании подобных систем в Формуле 1, возможен ещё более серьёзный прогресс.

Джон Хилтон, ведущий специалист Flybrid: «Системы на аккумуляторах не очень эффективны. Проблема в том, что на каждом круге в вашем распоряжении есть 800 кДж, а по регламенту можно использовать только 400 кДж – системе достаточно иметь 50% эффективность, чтобы отвечать этим требованиям. К сожалению, сейчас не стоит задача добиться максимального КПД.

Насколько я знаю, в регламенте на сезон 2013 года планируется поднять энергию на одном круге до 2 МДж, поэтому требования к эффективности значительно возрастут.

В KERS на аккумуляторах происходят большие потери при преобразовании электрической энергии в химическую, и наоборот. Наша система – полностью механическая, в ней нет преобразования энергии. Потери всё равно существуют, но они на 20% меньше, а это – около 2.2 дополнительных секунды на круге.

Почему механическая KERS так и не использовалась в гонках? Когда в середине сезона 2007 года заговорили о том, что KERS нужна уже в 2009-м, риск был слишком велик – у нас не было ответа на некоторые вопросы, не возникавшие в случае с электрической системой. Решение с аккумуляторами менее эффективно, но проще в реализации, поэтому все выбрали такой вариант. К тому же, тогда многие автопроизводители активно прорабатывали гибридные системы – это совпадало с общим трендом.

Сейчас ситуация изменилась. Система с маховиком наполовину легче, наполовину компактнее и более эффективна – это поняли и команды, и производители – в 2013-м появятся первые дорожные машины с маховиком».

Представители технических служб команд, вместе с FIA, обсуждают дальнейшие поправки к регламенту на 2013-й, очень возможно, что нас ждут сюрпризы…

Технологии формулы один — KERS (Kinetic energy recovery system)

 Гибридные технологии пришли в формулу один в 2009 году с появлением системы KERS (Kinetic energy recovery system) система кинетической рекуперации энергии. Основной принцип работы данной системы заключается в накоплении энергии торможения, с последующим ее использованием, с целью добавить мощности двигателю болида F1. По правилам максимальная добавка мощности не должна была превышать 60 кВт (около 80 лс) в течении 6.75 секунд, причем пилот имел выбор использовать все отведенное время сразу, либо использовать циклично по необходимости. KERS активировалась нажатием кнопки BOOST находящейся на руле болида. Конструкция систем рекуперации энергии в те годы строго не рекламентировалась, в связи с этим появилось несколько схем воплощения ее в жизнь.

 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!

Формула 1

Система рекуперации кинетической энергии (KERS)

Как известно, со следующего сезона каждая машина в Формуле-1 должна быть оборудована системой рекуперации кинетической энергии (KERS), а что это на самом деле подробно расскажут специалисты …

5koleso

Как известно, со следующего сезона каждая машина в Формуле-1 должна быть оборудована системой рекуперации кинетической энергии (KERS), а что это на самом деле подробно расскажут специалисты одной из ведущих компаний в этой области – Bosch. ..

Гибридные технологии Bosch для автоспорта:
система рекуперации кинетической энергии (KERS)

• Модульная конструкция облегчает внедрение гибридной системы

• Диапазон применения – от «Формулы 1» до кузовных серий и 24-часовых гонок

Подразделение Bosch Motorsport работает над созданием системы реку-перации кинетической энергии (KERS) для автоспортивных соревнова-ний. Это означает, что гибридные технологии, все чаще применяющиеся в обычных автомобилях, прокладывают дорогу и в мир автогонок. Мо-дульный комплект Bosch KERS предназначен для самых разных требо-ваний – от «Формулы 1» до кузовных серий (например, DTM) или 24-часовых гонок. «Гибридные системы для спортивных машин должны быть значительно более мощными и одновременно компактными по сравнению с аналогичными решениями для серийных автомобилей. Мы поддерживаем взаимосвязь со многими командами различных гоночных серий», – отмечает директор Bosch Motorsport Клаус Беттхер. В зависи-мости от конструкции, такие системы позволяют, например, быстрее вы-полнять обгон благодаря кратковременной мобилизации дополнитель-ной мощности или сокращать число дозаправок за счет уменьшения рас-хода топлива.

Все гибридные системы Bosch Motorsport включают в себя аккумуляторную батарею, электрический двигатель и контроллер KERS. Он, в свою очередь, состоит из силовой электроники, блока управления батареей и системы управления двигателями. Для хранения электроэнергии исполь-зуется литий-ионная батарея с варьируемой емкостью или гироскопиче-ский аккумулятор емкостью до 750 кДж. Электрические двигатели весят от 4 до 8 кг, их максимальная мощность достигает 60 кВт. Благодаря мо-дульной конструкции, система Bosch KERS может точно адаптироваться к индивидуальным требованиям каждого вида соревнований по весу, вы-носливости и производительности.

Bosch Motorsport обладает значительным опытом поставок систем и ком-понентов для многих гоночных серий и предлагает все необходимое для автомобильного спорта. Это подразделение является частью Bosch Engi¬nee¬ring GmbH – дочерней компании концерна, специализирующейся на инжиниринговых услугах. У немецкого концерна давние традиции успеха в области автоспорта: техника Bosch впервые принесла победу в гоночных соревнованиях еще в 1903 г.

Компания Bosch разрабатывает гибридные автомобильные приводы уже более тридцати лет и обладает всесторонним опытом в области аккуму-ляторных батарей, электродвигателей, управления торможением, двига-телем и трансмиссией.

PI6511 – ноябрь 2008 г.

Гибридные технологии Bosch для автоспорта

Прототип модульной системы рекуперации кинетической энергии Bosch KERS была впервые представлен на Professional MotorSport World Expo 2008 в Кёльне (Германия). На снимке: центральный блок управления, состоящий из силовой электроники, блока управления батареей и системы управления двигателями.

Гибридные технологии Bosch для автоспорта

Прототип модульной системы рекуперации кинетической энергии Bosch KERS была впервые представлен на Professional MotorSport World Expo 2008 в Кёльне (Германия). На снимке: гироскопический аккумулятор, емкость которого может достигать 750 кДж.
Изображения могут быть опубликованы на безвозмездной основе с пометкой «Фото: Bosch».

Группа компаний Bosch является ведущим международным производителем автомо-бильного и промышленного оборудования, потребительских и бытовых изделий. Объ-ем продаж корпорации, штат которой насчитывает около 272 тысячи сотрудников, составил в 2007 финансовом году 46,3 млрд. евро. В состав группы Bosch входят Robert Bosch GmbH и более 300 дочерних компаний и филиалов в 50 странах мира. Ос-новой для дальнейшего роста является международное развитие, производство и коммерческая сеть. Bosch ежегодно выделяет более трёх миллиардов Евро на НИОКР и в 2006 г. зарегистрировала более 3 000 патентов по всему миру. Компания была ос-нована в 1886 году Робертом Бошем (1861–1942) в Штутгарте как «Мастерская точ-ной механики и электротехники».

Особая учредительская структура Группы компаний Bosch гарантирует ее финансо-вую независимость и свободу предпринимательства. Она позволяет компании осуще-ствлять необходимые инвестиции, обеспечивающие ее будущее, а также выполнять все социальные обязательства. 92% акций Robert Bosch GmbH принадлежат благо-творительному фонду Robert Bosch Stiftung. Предпринимательская деятельность осуществляется компанией Robert Bosch Industrietreuhand KG.

Дополнительная информация на www.bosch.com

Редакция рекомендует:






Хочу получать самые интересные статьи

Команда Williams отказалась от механической концепции KERS: Новости — Motor

Команда Формулы-1 Williams отказалась от разработки системы рекуперации энергии маховикового типа, и будет использовать обычную электрическую KERS в 2011 году. Об этом в интервью Autosport заявил совладелец конюшни Патрик Хед.

Система KERS представляет из себя электрический или механический накопитель энергии, которая вырабатывается во время торможения автомобиля. Зарядив KERS, гонщик может использовать эту энергию во время разгона на прямой, получая дополнительное ускорение. Возможность использования подобных технологий была введена перед сезоном 2009 года, и некоторые конюшни использовали KERS в гонках.

Правила чемпионата и сейчас допускают применение таких систем, однако в конце 2009 года команды договорились добровольно отказаться от KERS на своих болидах. В 2011 году их применение снова будет разрешено, и большинство команд воспользовалось своими старыми разработками при создании KERS.

Однако в 2009 году в Williams работали над уникальной механической, а не электрической, системой KERS, которая накапливала энергию за счет маховика, а не батарей. Она так и не была установлена на боевой болид, но ее разработка продвинулась достаточно далеко. Тем не менее, от нее было принято решение отказаться, так как в современном болиде для подобной конструкции сложно найти место.

«Мы решили использовать электрическую систему, — заявил Хед. — Если бы мы устанавливали KERS в 2009 году, мы бы использовали маховиковую схему, но теперь, после отмены дозаправок, топливные баки заметно увеличились, и для нее просто нет достаточно пространства».

«Проблема не в массе, маховиковая система даже легче электрических батарей, при эквивалентной мощности, — пояснил он. — Но батареи состоят из множества ячеек, и мы можем сделать ее широкой и плоской, или узкой и высокой — в общем, придать любую форму. А маховик по своей природе требует пространства, это цилиндр определенного диаметра».

В то же время Хед не исключил возможности возвращения к механической рекуперации в будущем. Такая возможность может появиться после серьезного изменения правил, которое ожидается в 2013 году. В частности, к этому году в Формуле-1 должны появиться новые двигатели, значительно меньших размеров.

«Конкретные цифры пока неизвестны, но если это будут четырехцилиндровые моторы с турбонаддувом, то вполне вероятно, что появится возможность установить KERS маховикового типа, — сказал руководитель Williams. — Если конструкция позволит это сделать, то мы снова вернемся к этой идее».

Одновременно могут быть пересмотрены и параметры самого KERS. Так, в будущем мощность системы планируется увеличить. «Как мы понимаем, вероятно, мощность KERS будет значительно выше нынешней, — пояснил Хед. — Я слышал разные варианты, от 2,3 до 4 мегаджоулей, в то время как сейчас это всего лишь 400 килоджоулей. Так что количество запасаемой энергии может вырасти в 10 раз».

KERS и новое антикрыло вернут зрелищность «Формуле-1»

Автор: Пол Маркс (Paul Marks)
Источник: newscientist.com
Перевод: Андрей Далимаев
9739 0

Возвращение рекуперативного торможения и введение заднего антикрыла, которое гасит лобовое сопротивление, могут вернуть зрелищность обгонов «Формуле-1».

Маховик KERS фирмы «Flybrid»

Михаэль Шумахер был просто потрясен, испытав последнюю имеющую успех у публики технологию «Формулы-1» в Валенсии (Испания) в прошлом месяце (в феврале 2011 года — прим. переводчика). “Эта система форсирует тебя на трассе как положено», — семикратный чемпион «Формулы-1» рассказал журналу «New Scientist». — “Я и не ожидал, что эффект будет таким большим, честно говоря. Надо ещё привыкнуть”. Водитель «Mercedes GP» тестировал Систему рекуперации кинетической энергии (kinetic energy recovery system) KERS, которая была повторно введена в сезоне 2011 года. Это одно из двух увеличивающих скорость новшеств, которые, как надеется Международная автомобильная федерация «FIA» («Fédération Internationale d’Automobile») — руководящий орган «Формулы-1», — сделают этот спорт более привлекательным зрелищем, когда 27 марта в Мельбурне (Австралия) начнётся сезон. «FIA» принимает меры, поскольку согласно последним обзорам, многие поклонники «F1», считают, что гонки превращаются в нудные «кортежи», в которых машины аналогичных возможностей выстраиваются в линию после первых же кругов и едут так безо всякой надежды на обгон до конца, если только не случиться аварии или поломки оборудования. Наряду с KERS, «FIA» также вводит подвижное заднее антикрыло, уменьшающее лобовое сопротивление. Обе части технологии можно использовать только с перерывами, но есть надежда, что они откроют путь к обгонам и вернут остроту гонки, которой так не хватает. Чтобы KERS работала, к ведущему валу двигателя крепится комбинированный мотор-генератор. При торможении данная система работает в режиме генератора, что позволяет преобразовывать кинетическую энергию в электричество, которое хранится в литий-ионных аккумуляторах. Когда водителю нужно повысить скорость, батареи могут направить до 60 кВт (80 л. с.) в систему, которая теперь находится в режиме электромотора. Форсаж продолжается 6,6 секунды.

KERS — весомая проблема

При проведении испытаний такими командами как «Ferrari» и «McLaren» в сезоне 2009 года, вес комплекта KERS оказался проблемой, в результате чего в сезоне 2010-ого от него пришлось отказаться. Но с тех пор «FIA» увеличила допустимый вес машины с водителем с 620 до 640 кг, что возвращает преимущество KERS.

Водитель может активировать KERS в любой точке трассы; вероятнее всего на быстрых прямых. Однако систему можно использовать только один раз за круг, а контроллеры «FIA» будут блюсти это, отслеживая данные двигателя, передающиеся по радио. Технический директор «Lotus-Renault» Джеймс Эллисон (James Allison) уверен, что KERS будет особенно полезна в самом начале гонки, помещая машины “на 10—20 метров вперёд за первым поворотом относительно точки торможения” по сравнению с теми, которые не используют эту технологию. Шумахер надеется, что доработки аккумуляторов и технологии зарядки, лежащие в основе KERS, приведут к улучшению гибридных/электрических автомобилей. “Я определенно фанат KERS. Это наиболее полезная дорожная технология, и очень важно включить её в «Формулу-1» ”, — утверждает он.

Схема KERS на основе конденсаторов

Однако высокое напряжение полностью заряженного аккумулятора KERS требует тщательной защиты и умелого обращения. Команды «Формулы-1» не забыли удар током, полученный инженером «BMW Sauber» в 2008 году — показанный на «Youtube» — когда контакты KERS оказались замкнуты на кузове автомобиля «F1».

“В аккумуляторной батарее хранится большое количество энергии под напряжением, что может привести к серьёзным травмам, в случае безответственного обращения”, — заявил Эллисон.

Схема KERS на основе маховика

Жажда скорости

Из 12 команд «F1» только три: «Marussia Virgin Racing», «Hispania Racing» и «TeamLotus» — не будут использовать KERS в 2011 году. Но все будут применять второе средство «Международной автомобильной федерации» для увеличения скорости — подвижную откидную створку заднего крыла. Это позволит сократить сопротивление, которое испытывает болид «F1», находящийся сразу за другим автомобилем, повышая его способность обгонять.

Марианна Хинсон (Marianne Hinson) — руководитель по аэродинамике британской команды «TeamLotus» в Норвиче — сообщает, что идея состоит в том, чтобы позволить водителям преодолеть проблемы, связанные с турбулентностью, вызываемые тремя компонентами впереди идущей машины. К ним относятся:

  • заднее антикрыло, имеющее крутой наклон по направлению вперед;
  • «диффузор» — канал под машиной, который расширяется к задней части, понижая давление и создавая прижимную силу;
  • и мягкие, вращающиеся задние шины.

“Они создают хаотичный скос потока вверх и турбулентные вихри, а это уменьшает прижимную силу позади идущего автомобиля”, — объясняет она. А чем ниже прижимная сила, тем меньше сцепление на трассе — и меньше способность к ускорению и обгону. Ответ «Международной автомобильной федерации» — поместить подвижную откидную створку сверху крыла, и при активации она сможет кратковременно разделить его на два. Это немедленно снизит лобовое сопротивление и увеличит скорость автомобиля. Этот щиток крыла можно использовать только на автомобиле, на 1 секунду отстающем от другого. Машина, идущая впереди, не может его использовать, чтобы избавиться от соперника. Гоночные контроллеры «FIA» будут следить за соблюдением правила, путём отслеживания положения автомобиля с помощью радиомаяков. “Загорающийся индикатор говорит вам, когда можно его применить (щиток антикрыла — прим. переводчика) — и вам решать нужно ли задействовать прижимную силу, использовав его”, — сказал Шумахер.

Не формальность

Но для «тормозов» это не панацея, подчеркивает Эллисон. “Он лишь даёт ровно столько содействия замыкающей машине, чтобы сделать обгон просто возможным. Никому не нужна система, которая делает обгон пустой формальностью”. К тому же, потеря прижимной силы делает крыло критически важной составляющей безопасности, так как случайное развертывание может иметь катастрофические последствия. Опять же, говорит Ник Фрай (Nick Fry) — главный исполнительный директор команды «Mercedes GP», это бизнес, которым они занимаются. “Это критически важно для безопасности, да, но таковым является большинство компонентов болида «F1». Если что-нибудь пойдёт не так с тормозами или с подвеской на скорости 200 миль в час, последствия будут очень серьёзными”. Превратят ли такие технологии нудные «кортежи» в волнующие гонки? Это ещё неизвестно. Тед Кравиц (Ted Kravitz,) — пит-лейн-репортёр (пит-лейн — часть гоночной трассы, на которой располагаются боксы команд — прим. переводчика) «Формулы-1» от телеканала «BBC TV», отметил, что если все команды применят «KERS» одновременно разница, возможно, будет невелика. “У подвижного заднего крыла есть возможность сделать «Формулу-1» более захватывающей. Но мы этого не узнаем до первой гонки”.

Последнее обновление 15.03.2012
Опубликовано 14.03.2012

Читайте также

  • Сопротивление качению

    Рассматривается сопротивление качению автомобиля, влияние коэффициента трения качения. Анализируется зависимость сопротивления качению от характеристик колеса и дорожного покрытия. Приведены коэффициенты трения качения для различных движителей и покрытий.

Комментарии

Система рекуперации кинетической энергии

Этот пример показывает работу Системы рекуперации кинетической энергии (KERS) на автомобиле Формулы 1. Модель позволяет исследовать преимущества. Во время торможения энергия сохранена в литий-ионном аккумуляторе и суперконденсаторе. Принято, что максимум 400KJ энергии должно быть обеспечено за один круг максимальной мощности в 60 кВт. Параметрами для настройки являются вес батареи,суперконденсатор и генератор. Если эти параметры все устанавливаются на очень маленькое значение 0.01 кг, время круга составляет 95,0 секунд, это соответствие автомобилю без KERS. С набором значений по умолчанию здесь, приблизительно 1/4 секунды экономии за круг,при использовании любой доступной электроэнергии, если нет торможения. Применение KERS требует применения большого суперконденсатора, чтобы показать значительное преимущество.

Эта модель показывает, как Simscape™ Electrical™ и Simscape могут использоваться, чтобы поддержать разработку системы. Производительность KERS является комплексным компромиссом между массами трех основных компонентов (батарея, суперконденсатор и генератор), плюс стратегия управления энергопотреблением. Система KERS добавляет массу, которая уменьшает ускорение от двигателя. Сохраненная электроэнергия от торможения должна быть большой чтобы компенсировать это. Литий-ионные аккумуляторы имеют очень высокую энергию на единицу массы, но плохую мощность на единицу массы. С другой стороны суперконденсатор имеет относительно низкую энергию на единицу массы, но очень большая мощность на единицу массы, которая удовлетворяет этому конкретному приложению.

Модель

Подсистема диска PMSM

Батарея и подсистема суперконденсатора

Предскажите скорость в углу если максимум, тормозящий используемую подсистему

Результаты симуляции от Simscape Logging

График ниже показов скорость транспортного средства во время одной полировки. Драйвер знает максимальную скорость, транспортное средство должно перемещаться в углах на дорожке и нажимает на тормоза, чтобы достигнуть той скорости в углу.

График ниже сравнивает эти две стратегии использования электрического диска во время ускорения. Одна стратегия использует электрическую трансмиссию во время всех углов, другое использование это только на выбранных углах. Различие является самым легким видеть на графике крутящего момента двигателя, где выбранная угловая стратегия показывает нулевой крутящий момент от двигателя во время многих углов в полировке (быстрое замедление и ускорение).

Volvo уменьшит расход топлива с помощью маховика

Создано 03.06.2011 00:26
Автор: Александр Компанеец

Компания Volvo получила грант на сумму эквивалентную одном миллиону долларов от Энергетического Агентства Швеции на разработку системы рекуперации кинетической энергии. Кинетическая энергия автомобиля будет превращаться в кинетическую энергию вращающегося маховика, и использоваться в дальнейшем для разгона автомобиля.

Flywheel KERS (kinetic energy recovery system – система рекуперации кинетической энергии) будет подключаться к задней оси автомобиля. Во время торможения, кинетическая энергия колес будет передаваться в модуль маховика, раскручивая его до скорости 60 тысяч оборотов в секунду. В момент ускорения, энергия вращения маховика передает вращающий момент на задние колеса посредством специальной трансмиссии, представляющей собой бесступенчатую коробку передач (вариатор) .

Дерек Крабб, вице-президент департамента разработки трансмиссий Вольво, утверждает, что рекуперативная система с маховиком позволит экономить до 20% топлива классического автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). При этом при старте обычный семейный автомобиль со средним четырехцилиндровым двигателем будет разгоняться как 6-цилиндровый спорткар.

ДВС, приводящий в движение передние колеса, отключается в момент начала активного торможения, а система рекуперации начинает «перекачивать» кинетическую энергию модуль маховика. А в моменты ускорения маховик передает свою энергию на заднюю ось, временно превращая разгоняющийся автомобиль в полноприводный.

Инженеры компании полагают, что двигатель может простаивать около 50% времени при применении к автомобилю нового европейского цикла тестирования расхода топлива. Поскольку время вращения маховика ограничено, наиболее эффективно маховиковая система проявляет себя при движении в городских условиях, с частыми разгонами и торможениями.

Раскрученный рекуперативный маховик добавляет автомобилю 80 лошадиных сил при старте, значительно сокращая время разгона от 0 до 100 км/ч.

Попытки применить маховики предпринимались и ранее, но они были сделаны из стали, были тяжелыми и громоздкими. Новый маховик сделан из углеродного волокна имеет массу 6 кг и диаметр 20 см. Маховик вращается в вакуумном модуле для уменьшения сопротивления воздуха.

Механическая система рекуперации с применением углеволоконного маховика имеет ряд преимуществ перед электромагнитным конкурентом. Она не нуждается в дорогостоящем аккумуляторе, генераторе и как следствие состоит из более доступных и дешевых материалов, которые снижают себестоимость системы и улучшают перспективность вторичной переработки. Маховик не боится низких температур.

Если к современному бензиновому автомобилю применить все оптимизирующие технологии, известные сегодня, кажется, автомобиль сможет питаться исключительно парами бензина.

Разработка промышленного образца рекуперативного маховика начнется во второй половине 2011-го года.

систем рекуперации кинетической энергии в Формуле-1

систем рекуперации кинетической энергии в Формуле-1

Адитья Саркар


1 июня 2016 г.

Представлено в качестве курсовой работы для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2015 г.

Что такое КЕРС?

Рис. 1: Фотография механического KERS Flybrid реализация (Источник: Викимедиа Коммонс)

Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть ни создан, ни уничтожен, но может быть постоянно преобразованы в разные формы. Для автомобиля Формулы 1 это означает, что все энергия, которой обладает автомобиль при достижении скорости 200 миль в час, должна быть переведены в другие формы энергии, когда автомобиль собирается ехать помедленнее. Когда автомобиль тормозит, эта энергия обычно переходит в тепло. звуковая энергия, которая для автомобиля и его водителя является потерянный. Задача KERS состоит в том, чтобы собрать часть этой энергии и перераспределить его в автомобиле в качестве дополнительной мощности, обеспечивая производительность преимущества для своего водителя.[1]

Инициатива команд Формулы-1 по внедрению KERS в свои автомобили возглавил президент FIA, руководящий орган гонок Формулы-1. Его стимулом было улучшение публичный образ отношений Формулы-1 с окружающей средой. Спорт часто ассоциируется с негативным вкладом в среды и внедрение KERS было попыткой дискредитировать эта репутация. На момент введения многие дорожные автомобили производители начали предлагать гибридные автомобили, которые использовали аналогичный принцип сбора и повторного использования энергии, поэтому концепция KERS была одной из чтобы общественность могла быстро понять и оценить. [2]

Тем не менее, командам, которые соревнуются, внедряя KERS дали водителям возможность дополнительного ускорения в разы там, где они больше всего нуждаются. На самом деле, команды были настолько убеждены в Преимущество KERS в том, что многие из команд, соревнующихся за конструкторов title сменили свои автомобили в середине сезона, чтобы оставаться конкурентоспособными в титуле раса.

Как это работает

Существует две основные реализации системы KERS. и они различаются тем, как хранится энергия.Электрический KERS использует электромагнит для преобразования кинетической энергии в электрический потенциал энергия, которая в конечном итоге преобразуется в химическую энергию, хранящуюся в батарея. Затем он возвращает накопленную энергию в трансмиссию с помощью питание мотора. Электрический KERS был тем, с чего начинали многие команды. пытаюсь внедрить в свои автомобили. Тем не менее, батарея, используемая для хранения энергия очень подвержена возгоранию батареи и может привести к поражению электрическим током. После инцидента с командой BMW Sauber, где инженер, работавший над KERS был сожжен во время тестирования системы после пробного запуска, многие команды сочли электрический KERS небезопасным.[3] Наряду с другими факторы, такие как тяжелее, чем другие реализации, электрический Реализация KERS не используется в современных автомобилях Формулы-1.

Механическая реализация, показанная на рис. 1, была первоначально разработан Flybrid Systems. Чтобы собрать энергию на торможения, система использует энергию торможения для вращения маховика, который служит резервуаром этой энергии. При необходимости повторная доставка энергия аналогична электрической реализации KERS, вращающийся маховик соединен с колесами автомобиля и при вызове на обеспечивает повышение мощности.Механическая реализация KERS Известно, что он более эффективен, чем электрический эквивалент, из-за меньшего количества происходящие превращения энергии.

Реализации аналогичны используемым на гибридных легковых автомобилях. Основное отличие состоит в том, что в гибридном автомобиле повторно доставленная энергия заменяет цель двигателя и питает машина целиком. В Формуле-1 это было бы невозможно. Вместо этого энергия используется в дополнение к текущему движку.Это не просто и достигается за счет подключения бесступенчатой ​​трансмиссии (CVT) к трансмиссии. CVT впоследствии обрабатывает соотношение крутящего момента обеспечивается двигателем, соединенным с двигателем, и крутящим моментом от маховик.

Как водители F1 используют KERS

Очевидным преимуществом KERS является обеспечиваемый импульс. Повышение KERS может дать водителям дополнительные 80 л.с. на срок до 7 лет. секунд за круг.Это приводит к более мощному ускорению, которое может сделать все возможное для гонки Формулы 1. Водители используют его из медленных поворотов, чтобы быстрее достичь максимальной скорости, а также на прямые, чтобы фактически превысить то, что обычно было бы их максимальной скоростью. С момента своего создания KERS использовался в нескольких моментах смены гонки. а в 2009 году Кими Райконнен использовал KERS, чтобы обогнать Джанкарло Физикеллу. на заключительных этапах гонки, чтобы выиграть его.

Ограничения KERS

Несмотря на то, что KERS может обеспечить еще большую мощность для машин Формулы-1, есть несколько причин, по которым нынешняя системы не раскрывают весь свой потенциал.Одним из них является вес систем. Автомобили Формулы-1 имеют ограничение по максимальному весу. компоненты могут весить до 45 кг. [4] Большие маховики могут хранить и, следовательно, поставлять больше энергии, но это происходит за счет дополнительный вес.

Также были опасения по поводу безопасности системы. Если маховик, вращающийся со скоростью тысячи оборотов в во-вторых, освободившись от ограничений, он мог бы нанести серьезный ущерб все, с чем он сталкивается.Часто это был водитель. Даже когда удерживается, маховику потребуется время, чтобы перестать вращаться, и поэтому инженеры и все, кто имеет дело с автомобилем, должны быть осторожны держаться подальше от него. В случае аварии это может помешать медицинскому обслуживанию. персонала от оказания внимания водителю, все еще находящемуся в машине.

Будущее KERS

Что касается автоспорта, поскольку Формула 1 продолжает стремиться к более чистому и экологичному общественному имиджу, спорт будет внедрить больше правил для продвижения использования KERS.Инженерия задача состоит в том, чтобы предоставить командам максимально возможное преимущество при этом оставаясь в рамках правил руководящего органа.

Некоторые производители легковых автомобилей говорили о используя реализацию KERS в своих автомобилях. Volvo, как правило, промышленность лидером в области инноваций, уже построили своего мула развития флагманский S60 с реализацией механических клавиш. [5] КЕРС реализация на самом деле легче и меньше, чем компоненты необходимы для создания газоэлектрической гибридной системы, и тесты показывают, что они показывают одинаковый расход топлива. Инженеры Массачусетского технологического института также внедрил электрический велосипед, использующий KERS, который стоит меньше производить, чем типичный электрический велосипед, и, следовательно, может привести к снижению расходы. [6]

© Адитья Саркар. Автор дает разрешение копировать, распространять и демонстрировать это произведение в неизмененном виде, с ссылка на автора только в некоммерческих целях. Все остальные права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

Ссылки

[1] С.Холт, «Формула Для успеха: Керс и DRS», BBC Sport, 26 ноября 12.

[2] П. Маркс, «Драма Формулы-1 получает технологическую поддержку», New Scientist, 24 марта. 11.

[3] Г. Ричардс, «Берни Экклстоун утверждает, что Керс несет ответственность за пожар в гараже Williams. Guardian, 30 мая 12.

[4] «Формула-1 2015 г. Технический регламент, «Автомобильная федерация», Декабрь 2015.

[5] С.Эванс, «Вольво Первый привод прототипа маховика S60 KERS, Motor Trend, 29 июля. 13.

[6] Дж. Шофилд, «А Велосипедное колесо с электроприводом, которое учится при повороте», The Guardian, 15 декабря. 09.

F1 Technology: объяснение устройства KERS | Car News


Системы рекуперации кинетической энергии или сокращенно KERS — это устройства, используемые для преобразования части энергии, выбрасываемой в результате процесса торможения, в более полезные виды энергии, которые затем можно использовать для повышения мощности автомобилей F1.
Иллюстрация 1

KERS основан на том факте, что энергию нельзя создавать или уничтожать, но ее можно бесконечно преобразовывать. Когда вы едете по дороге, ваш автомобиль имеет кинетическую энергию, когда вы тормозите, эта кинетическая энергия в основном преобразуется в тепловую энергию.

С помощью KERS энергия, потраченная впустую в процессе торможения автомобиля, сохраняется, а затем повторно используется для временного увеличения мощности двигателя.

Иллюстрация 1 представляет собой изображение САПР, показывающее один тип устройства для извлечения, установленного сверху коробки передач в задней части автомобиля.Когда автомобиль тормозит, этот механизм улавливает энергию, вырабатываемую двумя задними колесами.

На Рисунке 2 показано типичное размещение основных компонентов у основания топливного бака, а также основные функции системы.

Иллюстрация 2

(3), который затем заряжает батареи (4).

Когда водитель нажимает кнопку форсирования на рулевом колесе, электрический генератор переменного тока/двигатель, расположенный в передней части коленчатого вала, непрерывно возвращает накопленную энергию двигателю. Эта энергия соответствует примерно 80 лошадиным силам и может использоваться до 6,6 секунд на круг.

Расположение основных компонентов KERS в основании топливного бака уменьшает запас топлива примерно на 15 кг, что достаточно, чтобы повлиять на стратегию гонки, особенно на трассах, где раньше можно было проехать только одну остановку.Система также требует дополнительных радиаторов для охлаждения аккумуляторов.

Вес KERS — от 35 до 40 кг — поднимает центр тяжести автомобиля на несколько сантиметров, что достаточно, чтобы повлиять на управляемость в поворотах.

Механический KERS, такой как система, разрабатываемая компанией Williams, отличается от показанного здесь электрического KERS. Он работает по тому же принципу, но использует маховик для хранения и повторного использования отработанной энергии.

фото: Ferrari, Magneti Marelli

Формула-1 Объяснение KERS

26 марта 2009 г. Чемпионат мира Формулы-1 2009 начнется в эти выходные с первого этапа в Мельбурне, Австралия, где мы станем свидетелями самого большого количества изменений правил в истории спорта. Переднее и заднее крылья были значительно изменены по размеру и высоте, чтобы уменьшить аэродинамическое воздействие на следующие друг за другом автомобили. Многие из аэродинамических «дополнений», добавленных командами в прошлом сезоне вокруг боковых капсул, будут запрещены, и после 11 лет рифленых шин вернутся слики. Аэродинамические изменения включают впервые в F1 регулируемые водителем передние крылья.

Хотя никто в Формуле-1 публично этого не признает, спорт находится под давлением все более успешной гонки NASCAR, где постоянные обгоны и фотофиниши являются еженедельной нормой.Напряженные гонки в NASCAR привлекли огромное количество зрителей в день гонок и мировую телеаудиторию, что принесло огромный финансовый успех. Все изменения, внесенные в Формулу-1 в этом году, направлены на то, чтобы усилить контроль и восстановить недавно сомнительный статус Формулы-1 как высшей автомобильной серии исследований и разработок в мире.

Нас больше всего интересуют изменения в правилах, касающиеся введения системы рекуперации кинетической энергии (KERS), которая в конечном итоге сделает каждый будущий гоночный автомобиль Формулы-1 гибридом. KERS не является обязательным в 2009 г., но станет обязательным в 2010 г., и в результате некоторые команды, у которых нет шансов претендовать на звание чемпиона мира, решили не использовать KERS немедленно. Чтобы оставаться конкурентоспособными в 2009 году, все обычные команды-победители гонок будут использовать KERS в эти выходные и в течение всего сезона.

Правила FIA, регулирующие KERS, довольно просты, но очень строги. С этого сезона командам разрешено использовать KERS для получения 60 кВт энергии от задней оси автомобиля, которая может храниться до 400 кДж (111 ватт-часов) энергии на круг для повторного использования в виде кнопка «ускорить».По сути, система использует регенерацию для сбора и хранения энергии во время торможения, что позволяет водителям использовать мощность 60 кВт (82 л.с.) в течение 6,6 секунд на круг. Команды могут выбирать между механическими или электрическими гибридными системами. Из десяти команд Формулы-1 все, кроме одной, выбрали электрическую гибридную систему, и только Williams впервые применила маховиковую механическую систему.

На самом деле половина команд в стартовой решетке, в том числе лидеры Ferrari и Renault, решили использовать электрическую систему KERS, разработанную итальянским поставщиком автомобильной электроники Magnetti Marelli.Сама система довольно традиционна, в ней используется один бесщеточный двигатель/генератор постоянного тока (BLDC) мощностью 60 кВт с жидкостным охлаждением, который работает при температуре около 120 градусов C. Двигатель прикреплен к передней части 2,4-литрового V8 и приводится в действие редуктором. шестерня с коленчатого вала.

В систему также включен блок управления KERS, отдельный от блока управления двигателем FIA, поставляемого Microsoft, с такой же рабочей температурой, что и двигатель. Он установлен низко в боковой части для охлаждения.Аккумуляторная батарея устанавливается в нижней части топливного элемента и в случае с Ferrari поставляется французским производителем литий-ионных аккумуляторов Saft.

Команды, которые будут использовать систему Magnetti Marelli в 2009 году, включают ранее упомянутую Ferrari, а также команду, которой они поставляют двигатели, Toro Rosso. Renault будет использовать систему Magnetti Marelli вместе со своей сателлитной командой Red Bull Racing. Honda/Brawn, возможно, использовали двигатели Ferrari в 2009 году, и в этом случае они также использовали бы систему Magnetti Marelli KERS, но наиболее вероятная сделка по двигателям сейчас заключена с Mercedes.Brawn будет поставлять двигатели вместе с McLaren и Force India и будет использовать систему KERS собственной разработки McLaren/Mercedes.

McLaren Mercedes уже почти два года работает над собственным KERS. McLaren фактически разработала систему KERS в 1999 году. Марио Иллиен создал систему для Mercedes в 1999 году, которая использовала давление гидравлической жидкости для восстановления энергии, потерянной при торможении. Это обеспечило бы прирост мощности в 45 л.с. в течение четырех секунд, но его можно было бы использовать много раз за круг. Система, разработанная McLaren совместно с Mercedes для сезона 2009 года, представляет собой гибридную систему на электрической основе.

BMW начала разработку KERS совместно с Forschung und Technik GmbH, которая на 100% принадлежит BMW в области исследований и технологий, в середине 2007 года и объявила, что их система «готова к гонкам». BMW протестировала ряд различных решений и проанализировала электрические, механические, гидравлические и даже пневматические системы. После нескольких месяцев исследований стало ясно, что только электрическая система обеспечит необходимую энергию, сочетая в то же время максимальную безопасность и, прежде всего, минимально возможный вес.В системе BMW KERS батареи размещены в боковых отсеках для охлаждения, а блок управления установлен в правом отсеке.

Компания Williams решила взять на себя задачу стать единственной командой в этой области, разработавшей систему маховика и сделать это без привлечения ресурсов крупного производителя. Williams будет работать с двигателями Toyota, но подробнее о Toyota чуть позже. Они приобрели миноритарный пакет акций Automotive Hybrid Power Limited, компании, разрабатывающей высокоэнергетические композитные маховики для использования в системах рекуперации энергии. В системе Williams Hybrid Power будет использоваться маховик, вращающийся со скоростью до 40 000 об/мин. Сообщалось, что системы маховиков все еще проходят стендовые испытания и еще не тестировались на треке. Это может привести к тому, что Williams не представит свой KERS до 7-го раунда чемпионата мира 2009 года, который пройдет в Турции в начале июня.

Остается только Toyota, компания, которая начала переходить на гибриды в 1998 году. Toyota решила не участвовать в гонках с KERS в Мельбурне, и вполне возможно, что Toyota не будет использовать систему KERS в течение гоночного сезона 2009 года.

Уже известно, что команда из Кёльна будет участвовать в Гран-при Австралии, открывающем сезон, без технологии повторного использования энергии, несмотря на то, что TF109 был оснащен работающим KERS во время испытаний. Тойота была процитирована, заявив, что они считают KERS «примитивным» и не относящимся к гибридным системам дорожных автомобилей. Toyota говорит, что они уже добились успеха с более совершенной гибридной системой в своей Supra HV-R, с которой они выиграли 24-часовую гонку Tokashi, опередив второе место на 9 кругов. Техническая разница между двумя системами огромна. В то время как KERS ограничен 60 кВт в течение 6,6 секунд на круг и может использоваться только на задней оси, система Toyota HV-R имеет электродвигатель мощностью 150 кВт на задней оси и два колесных двигателя мощностью 10 кВт на передних колесах. Поскольку 70% всего тормозного усилия приходится на передние колеса, система Toyota может накапливать гораздо больше энергии за круг.

Правила FIA исполнят желание Toyota восстановить четыре колеса, но им придется подождать до 2013 года.Правила KERS позволят удвоить лимит хранения энергии до 800 кДж (222 Вт·ч) к 2011 году, а KERS будет разрешен на обеих осях с накоплением энергии до 200 кВт и 1,6 МДж (444 Вт·ч) на круг с 2013 года.

Toyota признала, что они были очень близки к тому, чтобы вслед за Honda покинуть Формулу-1 в конце прошлого года, и были сообщения о том, что у Toyota есть амбиции участвовать в гонках своего гибрида в Ле-Мане. С введением гибридных правил в Ле-Мане в этом году и запретом систем с маховиками, если правила разрешают четырехколесные гибридные системы, это может оказаться слишком заманчивым. В последний раз Toyota участвовала в гонках Ле-Мана в 1999 году и заняла второе место, и теперь может надеяться, что гибридный гоночный автомобиль приведет их к победе. Команда Peugeot использует преимущества новых гибридных правил Ле-Мана и внедрила гибридную систему Magnetti Marelli в свой спортивный прототип 908 HY V12 с дизельным двигателем. Peugeot будет иметь мощность 60 кВт (80 л.с.) в течение 20 секунд на круге.

Водители

Система KERS увеличивает вес автомобиля на 30 кг (66 фунтов), что влияет на распределение веса и износ шин.Минимальный вес 605 кг, предусмотренный для автомобилей в регламенте, включает водителя. Разница между фактическим весом и минимальным весом выравнивается за счет оптимального размещения балласта вокруг автомобиля. Традиционно это означает, что более тяжелый водитель находится в невыгодном положении, поскольку у него меньше балласта для балансировки автомобиля. Использование KERS еще больше уменьшит — за счет веса системы — количество доступного балласта. Чтобы не допустить, чтобы F1 превратилась в соревнование жокеев, некоторые команды, такие как BMW, настаивают на увеличении минимального веса в будущем.Многие водители сообщают, что прилагали дополнительные усилия для снижения своего веса, хотя нужно сказать, что все они изначально очень легкие.

В этом году водители будут особенно заняты в кабине, изучая, как лучше всего использовать новые системы. Поскольку KERS имеет емкость хранения энергии всего 111 ватт-часов, а вся энергия поступает от задней оси при торможении, может быть несколько захватывающих моментов, когда на полпути через тяжелую зону торможения, когда батарея полностью заряжена, задняя баланс тормозов внезапно изменится, что может привести к нечетному вращению или двум.

Дополнительным отвлечением внимания является регулируемое переднее крыло водителя, которое, по мнению многих, будет использоваться одновременно с кнопкой ускорения KERS, чтобы на мгновение уменьшить сопротивление во время обгонного маневра.

Безопасность

На большинстве автомобилей Формулы-1 в 2009 году впервые появятся предупреждающие наклейки «Высокое напряжение». Утепленные перчатки и цветовая маркировка помогут защитить маршалов Формулы-1 от опасностей, связанных с новой технологией KERS, а Puma разработала новую утепленную обувь для водителей.Автомобили также будут иметь сигнальную лампу состояния KERS, поэтому маршалу, который подходит к машине, должно быть ясно, что, если индикатор состояния находится в неправильном состоянии, он не должен трогать машину.

В июле 2008 года механик получил сильный удар, коснувшись рулевого колеса и боковой части автомобиля BMW F1, оснащенного прототипом KERS. После шести недель расследования команда определила, что удар был вызван высокочастотным переменным напряжением между двумя контактными точками, причина которого была связана с блоком управления KERS и спорадической емкостной связью с высоковольтной сетью. к сети 12 вольт.Напряжение шло по проводке 12-вольтовой сети к рулю и по карбоновому шасси обратно к блоку управления.

Результатом анализа, помимо выявления проблемы и указания путей ее решения, стали другие рекомендации по развитию электрических систем KERS. Среди достигнутых мер — изменения в конструкции блока управления, чтобы избежать эффектов емкостной связи, расширенные функции мониторинга для высоких частот и токопроводящее соединение компонентов шасси, чтобы избежать любого электрического потенциала.

Электрическое будущее

Следует поздравить FIA с тем, что она стала первой в мире санкционирующей организацией в области автоспорта, внедрившей гибридные системы в профессиональные гоночные серии. Им потребовалось некоторое время, чтобы осознать тот факт, что команды, проводящие так много времени в аэродинамических трубах, означали, что командам-победителям приходилось владеть одной или двумя собственными, и этот фактор становился все более неуместным для любого типа дорожного автомобиля. заявление. Теперь, делая упор на то, чтобы привлечь лучших и умнейших к разработке электрических гибридных технологий, мы определенно можем с нетерпением ждать того, какое влияние ожесточенные соревнования гонок Формулы-1 могут оказать на технологию электромобилей.

Команды, которые будут использовать KERS в Мельбурне:

Команды, которые определенно не будут использовать KERS в Мельбурне:

  • Williams
  • Toyota
  • Force India

Команды, которые могут или не могут участвовать в гонках с KERS in 9

  • Гонки Redbull
  • Toro rosso
  • Brawn (Honda)
  • Большой вопрос — будут ли гонки более захватывающими? Дайте нам знать, что вы думаете в разделе комментариев… и посмотрите видео Red Bull, объясняющее новые правила и KERS ниже.
    Пол Эванс

    Как работает KERS — автоэволюция

    Мы уверены, что нет ни одного поклонника Формулы-1, который не слышал о революционной системе рекуперации кинетической энергии, которую планируется внедрить в Формуле-1 в следующем году. Кто-то за, кто-то против, но главное, что KERS станет важной частью Формулы-1 в будущем.Почему? Что ж, Макс Мосли довольно красноречиво выразился ранее в этом году.

    «Необходимо продемонстрировать обществу, что F1 делает что-то полезное, и очень важно, чтобы команды F1 могли продемонстрировать крупным компаниям, что они действительно могут внести свой вклад. Гоночный двигатель F1 полностью разработан; нет необходимости развивать его дальше. Вместо этого мы позволим производителям тратить деньги на действительно полезные технологии. Первая часть — это устройство KERS, которое мы представим в 2009 году», — заявил президент FIA ранее в этом году.

    Суть технологии KERS заключается в следующем: она накапливает кинетическую энергию движущегося автомобиля при торможении, а затем отдает ее обратно в трансмиссию автомобиля при ускорении. Звучит просто, но, конечно, это не так. Вероятно, именно поэтому команды F1 потратили так много времени на разработку достойного и функционального устройства в течение прошлого года (большинство из них все еще не готовы использовать его в 2009 году).

    В целом, блок должен быть в состоянии производить дополнительные 400 кДж за круг (примерно 80 л.с.) в течение примерно 6.5 секунд. Предполагается, что это улучшит время на трассе почти на 0,3 секунды в 2009 году. Цифры на предстоящие сезоны еще более многообещающие: потенциальный прирост мощности составит 800 кДж к 2011 году и не менее 1600 кДж через два года. Разработкой агрегатов займутся следующие британские компании: Flybrid Systems (интегратор системы), Torotrak (технология вариаторов) и Xtrac (дизайн вариаторов).

    Из трех типов агрегатов KERS – механических, электрических и гидравлических – команды Формулы-1 решили выбрать механический.Причины такого выбора вполне логичны: меньший вес, лучшее распределение веса, повышенный прирост мощности и улучшенная топливная экономичность.

    Поскольку это довольно сложная механическая система, а мы не очень разбираемся в этом вопросе, мы подумали, что будет разумнее использовать объяснение, предоставленное Инженерно-технологическим институтом, и дать вам немного информации об этом. как устройство будет построено (по крайней мере, в теории) большинством команд F1.

    Система состоит из маховика, соединенного бесступенчатой ​​трансмиссией (CVT) с трансмиссией.Перемещение вариатора к передаточному числу, которое ускоряет маховик, позволяет ему накапливать энергию, а перемещение к передаточному числу, которое замедляет его, позволяет ему высвобождать энергию. Гидравлическая муфта отключает привод, если обороты маховика превышают ограничения системы.

    Компоненты каждого вариатора включают входной диск и противоположный выходной диск. Каждый диск сформирован так, что зазор между дисками создает тороидальную полость. Внутри каждой полости находятся два или три ролика, в зависимости от крутящего момента, которые расположены так, что внешняя кромка каждого ролика соприкасается с тороидальными поверхностями входного и выходного дисков.При вращении входного диска мощность передается через ролики на выходной диск, который вращается в направлении, противоположном входному диску.

    Угол ролика определяет передаточное отношение вариатора, поэтому любое изменение угла ролика приводит к изменению передаточного числа. Таким образом, при маленьком радиусе ролика (около центра) на входном диске и большом радиусе (около края) на выходном диске вариатор выдает «низкое» передаточное число. Перемещение ролика по дискам с большим радиусом на входном диске и соответствующим малым радиусом на выходе создает «высокое» передаточное число и обеспечивает плавную и непрерывную развертку с полным передаточным числом.

    Гидравлическая система мало чем отличается от механической, только в ней используется гидравлическая жидкость под давлением для передачи кинетической энергии, полученной после торможения, в аккумулятор, а затем обратно в трансмиссию автомобиля. Тем не менее, такая система имеет главный недостаток, заключающийся в использовании все более и более крупных (следовательно, более тяжелых) гидроаккумуляторов, что делает ее совершенно непригодной для болида F1.

    А еще есть электрический KERS, который использует батареи или конденсаторы для хранения кинетической энергии, полученной после торможения, а затем передает ее обратно в трансмиссию через двигатель или маховик.Единственная проблема с этой системой заключается в том, что она подвержена возгоранию батареи или поражению электрическим током. Такой инцидент произошел во время трассовых испытаний агрегата BMW Sauber в начале этого года, когда механика пришлось доставить в больницу после того, как он коснулся автомобиля с двигателем KERS, ранее вывезенного Кристианом Клиеном, чтобы проехать несколько кругов.

    Команды Формулы-1 еще не представили конфигурации своих агрегатов KERS на следующий год, но, поскольку ситуация сложилась в настоящее время, кажется, что только Williams F1 выбирает механический KERS.Ferrari еще предстоит разработать свою технологию, в то время как BMW и McLaren уже протестировали устройство на трассе в прошлом месяце.

    Система рекуперации кинетической энергии

    Система рекуперации кинетической энергии

    Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 1, январь 2014 г. 1860

    ISSN 2229-5518

    Monica naga sai latchireddy

    Аннотация: Внедрение систем рекуперации кинетической энергии (KERS) является одним из наиболее значительных технических новшеств в гонках Формулы-1.Формула-1 всегда жила с неблагоприятным для окружающей среды имиджем и потеряла свое отношение к технологиям дорожных транспортных средств. В конечном итоге это привело к внедрению KERS.KERS — это энергосберегающее устройство, установленное на двигателях для преобразования части энергии, вырабатываемой во время торможения, в более полезную форму энергии. Система сохраняет энергию, произведенную при торможении, в резервуаре, а затем высвобождает накопленную энергию при ускорении. Ключевой целью внедрения было значительно улучшить время прохождения круга и облегчить обгоны.KERS не вводится для повышения эффективности использования топлива или уменьшения веса двигателя.

    В основном он используется для улучшения гоночных характеристик.

    1 Введение

    ——————————  ——————————
    3. FIA представила KERS в серии GP 2009 года для
    Увеличить количество обгонов, а также в качестве защитного инструмента
    для более быстрого блокирования. car

    Аббревиатура KERS расшифровывается как Kinetic Energy

    Recovery System. Устройство восстанавливает
    кинетическую энергию, присутствующую в отработанном
    тепле, создаваемом в процессе торможения автомобиля.Он хранит эту энергию и
    4. Но многие команды F1 выступили против этого, так как это была дорогая система, поэтому она была запрещена в сезоне

    2010 5. Но с улучшениями и увеличением
    производителей для KERS это было

    IJSER

    преобразует его в мощность, которую можно использовать для ускорения ускорения
    .
    По сути, его принцип работы заключается в накоплении энергии, связанной с замедлением, и использовании ее для ускорения. То есть, когда автомобиль ломается, он рассеивает много кинетической энергии в виде тепла.KERS хранит эту энергию и преобразует ее в мощность. Можно сохранить до 80 л.с. за 6,67 с или 400 кДж энергии.

    2 История

    1. В разработке с 90-х годов . Впервые он был представлен широкой публике в 2009 году в автогонках Формулы-1.
    2. Создатели KERS, компания Flybrid Systems, продемонстрировала работающее устройство для Формулы-1 на выставке Autosport International. (24кг, энергетическая мощность 400кДж, мощность наддува-60кВт

    ————————————————

    Автора зовут мамиди ранга рао E-mail: мамиди[email protected]

    Имя соавтора

    Pottabathini naveen Эл. [email protected]

    Monica naga sai latchireddy

    повторно представлен в 2011 году.
    6. На Североамериканском международном автосалоне
    в 2011 году компания Porsche представила вариант RSR своего концепт-кара Porsche 918, в котором используется маховик KERS
    7.Гоночная компания KTM
    Racing тайно протестировала эту систему кинетической энергии
    на своем автомобиле, но они были запрещены, поскольку эта система была незаконной и нестабильной для мотоциклов.

    3 Компоненты KERS

    Три основных компонента KERS:
    следует за
    1 Электродвигатель, расположенный между топливным баком и двигателем, соединен непосредственно с коленчатым валом двигателя для выработки дополнительной мощности.

    2 Высоковольтные литий-ионные батареи, используемые
    для хранения и быстрой доставки энергии.
    3 Блок управления KERS контролирует работу
    электродвигателя при зарядке и
    высвобождении энергии.

    IJSER © 2014 http://www.ijser.org

    International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 5, Issue 1, January-2014 1861

    ISSN 2229-5518


    процесс торможения автомобиля, сохраните его, а затем повторно используйте для временного увеличения мощности двигателя.На этой и следующей диаграмме показано типичное размещение основных компонентов в основании топливного бака, а также основные функции системы — фаза зарядки и фаза наддува. На этапе зарядки кинетическая энергия задних тормозов захватывается электрическим генератором переменного тока/двигателем, управляемым центральным процессором (ЦП), который затем заряжает батареи
    A – Электродвигатель
    B – Электронный блок управления
    C – Аккумуляторная батарея

    4 Принципы работы KERS

    Системы рекуперации кинетической энергии или KERS работают на основе основного принципа физики, который гласит: «Энергию нельзя создать или уничтожить, но ее можно бесконечно преобразовывать.
    В фазе наддува электрический генератор переменного тока/двигатель возвращает накопленную энергию двигателю непрерывным потоком, когда водитель нажимает кнопку наддува на рулевом колесе. Эта энергия соответствует примерно 80 лошадиным силам и может использоваться до 6,6 секунд на круг. Расположение основных компонентов KERS в основании топливного бака уменьшает запас топлива (обычно 90–100 кг в 2008 г.) примерно на 15 кг, что достаточно для влияния на стратегию гонки,

    IJSE, особенно на трассах, где это было ранее

    при движении он имеет кинетическую энергию
    и эта же энергия преобразуется в тепловую энергию
    при торможении.Это сила вращения автомобиля, которая останавливается в случае торможения, и в это время также теряется некоторая часть энергии. С введением системы KERS та же самая неиспользованная энергия сохраняется в автомобиле, и когда водитель нажимает на педаль газа, накопленная энергия снова преобразуется в кинетическую энергию. Согласно регламенту F1, система KERS дает болидам F1 дополнительные 85 л. с. менее чем за семь секунд.
    можно запустить только на одну остановку. В системе
    также требуются дополнительные радиаторы для охлаждения аккумуляторов.Механический KERS, в отличие от показанного здесь электрического KERS, работает по тому же принципу, но использует маховик для хранения и повторного использования отработанной энергии.

    IJSER © 2014 http://www.ijser.org

    Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 1, январь 2014 г. Электронный KERS

    Электронный KERS, поставляемый итальянской фирмой Magneti Marelli, представляет собой распространенную систему, используемую в F1 Red Bull, Toro Rosso, Ferrari, Renault и Toyota.
    Основная проблема, с которой сталкивается система KERS этого типа, заключается в том, что литий-ионный аккумулятор нагревается, и поэтому в автомобиле требуется дополнительный воздуховод. BMW использовала суперконденсаторы вместо батарей, чтобы охлаждать систему. В этой системе при торможении автомобиля небольшая часть силы вращения или кинетической энергии захватывается электродвигателем, установленным на одном конце коленчатого вала двигателя. Ключевая функция электродвигателя — заряжать аккумуляторы при лае и высвобождать ту же энергию при ускорении.Затем этот электродвигатель преобразует кинетическую энергию
    в электрическую энергию, которая затем накапливается в высоковольтных батареях. Когда водитель нажимает на педаль акселератора, электрическая энергия, хранящаяся в батареях, используется для движения автомобиля.

    5.2 Механический KERS

    Электромеханический KERS изобретен Яном Фоли. Система полностью основана на углеродном маховике в вакууме, который через трансмиссию CVT соединен с дифференциалом. Благодаря этому огромный накопительный резервуар способен накапливать механическую энергию, а преимущество системы заключается в том, что она не зависит от коробки передач.Энергия торможения
    используется для вращения маховика, а когда требуется больше энергии
    , колеса автомобиля соединяются с вращающимся маховиком. Это дает прирост мощности и улучшает гоночные характеристики.

    IJSER

    6 Ограничения KERS

    1 Только один KERS для автомобиля с одной тормозной системой.
    2 60 кВт — максимальная входная и выходная мощность системы KERS.
    3 Система рекуперации энергии работает только во время движения автомобиля.
    4 Система рекуперации должна управляться одним и тем же электронным блоком управления.
    5 Если в случае, если KERS подключен между дифференциалом и колесом, крутящий момент, прилагаемый к каждому колесу, должен быть одинаковым.
    6 Это очень дорого. Инженеры стараются сделать его более экономичным.

    Ссылки

    IJSER © 2014 http://www.ijser.org

    Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 1, январь 2014 г. 1863

    ISSN 2229-5518

    1.Боттильоне Ф., Мантриота Г.: MG-IVT: бесступенчатая трансмиссия с оптимальными потоками мощности. Журнал механического проектирования ASME, Vol. 130, № 11, 2008.

    2. Карбон Г., Мангиаларди Л., Мантриота Г.: Расход топлива автомобиля среднего класса с бесступенчатой ​​трансмиссией. SAE Transaction 2002 Journal of Engines, Vol.

    110, Раздел 3, стр. 2474-2483, 2002.

    3. Мангиаларди Л., Мантриота Г.: Потоки мощности и эффективность

    в бесступенчатых трансмиссиях.Механизм и машина

    Теория. Том. 34, № 7, стр. 973-994, 1999.

    4. Мантриота Г.: Силовые раздельные вариаторные системы с высоким КПД. проц. Инст мех. Engrs, часть D — Журнал автомобильной инженерии. Том. 215, № D3, стр. 357-368, 2001.

    5. Мантриота Г.: Теоретическое и экспериментальное исследование бесступенчатой ​​трансмиссии с разделением мощности: Часть.

    1. Тр. Инст мех. Engrs, часть D, Автомобильный журнал

    Engineering. Том. 215, № D7, с.837-850, 2001.

    6. Мантриота Г.: Теоретическое и экспериментальное исследование системы бесступенчатой ​​трансмиссии с разделением мощности: Часть 2. Учеб. Инст мех. Engrs, часть D, журнал

    Автомобильная техника. Том. 215, № D7, стр. 851-864, 2001.

    7. Мантриота Г.: Расход топлива автомобиля с системой разделения мощности CVT. Междунар. Журнал автомобильного дизайна., Vol. 37, № 4, стр. 327-342, 2005 г.

    IJSER

    IJSER © 2014 http://www.ijser.org

    Volvo добавляет KERS в серийные автомобили в 2020 году

    Volvo обновила свой кроссовер XC90 к 2020 году с тормозной системой с рекуперацией кинетической энергии (KERS), которая обещает улучшить экономию топлива на 15 процентов.

    Модель XC90 2020 станет первым серийным применением технологии KERS, которая ранее использовалась только в гонках Формулы-1.

    В новом XC90 KERS использует технологию электронного торможения для рекуперации энергии во время замедления, которую затем можно использовать для управления автомобилем.

    В отличие от газоэлектрических гибридов, использующих рекуперативное торможение для зарядки аккумуляторной батареи, установка Volvo KERS основана на маховике из углеродного волокна, который вращается со скоростью до 60 000 об/мин. Торможение раскручивает маховик, а ускорение использует его инерцию, передавая тягу на задние колеса.

    Volvo не сообщает, какая мощность KERS способствует ускорению XC90. Ранее в этом десятилетии испытания прототипа компании показали, что он способен развивать мощность до 80 л.с.

    Продолжить чтение можно на сайте autotrader.ca.


    Пресс-релиз Volvo:

    Сегодня Volvo Cars представила обновленную версию своего самого продаваемого большого внедорожника XC90, топового флагмана компании. следующий шаг в амбициозной стратегии компании по электрификации.

    Обновленный XC90 впервые предлагает покупателям передовую тормозную систему Volvo с рекуперацией кинетической энергии, которая в сочетании с существующими двигателями внутреннего сгорания создает новую интегрированную электрифицированную трансмиссию под новым значком «B».

    Этот новый электрифицированный силовой агрегат позволяет водителям экономить до 15% топлива и сокращать выбросы вредных веществ в реальных условиях вождения.

    Новая система электронного торможения взаимодействует с системой рекуперации энергии и снижает расход топлива и выбросы за счет рекуперации кинетической энергии при торможении.

    Вам также могут понравиться: Грузовики Volvo и автомобили Volvo общаются в пробках

    Представление новых автомобилей XC90 с маркировкой «B» представляет собой важный шаг Volvo Cars на пути к электрификации.

    Новые автомобили со значком «B» дополняют существующую гибридную электрифицированную версию Volvo T8 Twin Engine для нового XC90.

    Внешне обновленный XC90 предлагает незначительные улучшения оригинального отмеченного наградами внешнего дизайна, такие как новые колеса, цвета кузова и новая современная решетка радиатора, а также другие детали.

    Внутри превосходный и удостоенный наград дизайн интерьера остался прежним, но, возможно, наиболее заметным дополнением является тот факт, что его можно заказать с различными конфигурациями сидений.

    От четырехместного варианта Excellence и семиместного семейного внедорожника до совершенно новой шестиместной конфигурации, XC90 доступен с любым количеством мест, которое наилучшим образом соответствует предпочтениям и образу жизни людей. Новые материалы отделки салона, в том числе смесовая шерсть, предлагают дополнительные возможности для персонализации.

    Основанный на собственной разработанной Volvo платформе, трансмиссии и технологиях безопасности, XC90 2015 года стал началом трансформации Volvo Cars. Он представил новое лицо бренда Volvo с фарами Thor’s Hammer, а также представил новую масштабируемую архитектуру продукта.

    Первые в мире технологии и инновации, внедренные в другие модели Volvo серий 90 и 60 в период с 2015 по 2019 год, за прошедшие годы нашли свое применение и в XC90.

    В результате первоклассный внедорожник Volvo с момента своего появления стал еще более совершенным: по всему миру было продано более 320 000 единиц — и это число продолжает расти.

    Что касается технологии активной безопасности, теперь XC90 предлагает водителям помощь в управлении как системой City Safety, так и информационной системой слепых зон. City Safety with Autobrake по-прежнему является единственной системой на рынке, которая распознает пешеходов, велосипедистов и крупных животных.

    Система предотвращения столкновения с полосой движения, впервые представленная на модели XC60, теперь также доступна на модели XC90, а технология предупреждения о перекрестном движении теперь также предлагает автоматическое торможение.

    Все это вместе с каркасом безопасности, составляющим основу технологии пассивной безопасности, делает XC90 одним из самых безопасных автомобилей на дороге и подчеркивает непоколебимую приверженность Volvo Cars созданию максимально безопасных автомобилей.

    Хотя XC90 был первым автомобилем Volvo, предлагающим интеграцию с Apple Carplay, теперь он также совместим с Android Auto. Информационно-развлекательная система Sensus за последние годы претерпела несколько обновлений, и все они были внедрены в XC90.Там, где это возможно, служба потоковой передачи музыки Spotify интегрирована в XC90.

    Модель XC90 2020 модельного года будет запущена в производство в мае на заводе Torslanda в Швеции и уже доступна для заказа на всех рынках Volvo по всему миру.


    Volvo завершает испытания маховика KERS, подтверждая экономию топлива на 25 процентов

    Около двух лет назад мы сообщали вам, что Volvo собирается начать испытания инновационной системы рекуперации кинетической энергии на основе маховика (KERS) не в автоспорте, а в сфере серийных автомобилей.

    Базовая установка предусматривала установку маховика KERS на свободную ось автомобиля.

    При приближении к красному сигналу светофора водитель, как обычно, нажмет на тормоз. Это приведет к тому, что маховик раскрутится и продолжит вращаться до тех пор, пока светофор не станет зеленым и водитель не нажмет на педаль акселератора.

    В этот момент вращение маховика передается на задние колеса через специально разработанную трансмиссию, что дает автомобилю небольшой прирост энергии.

    Volvo объявила о завершении всесторонних испытаний технологии на дорогах общего пользования, используя седан S60 в качестве тестового автомобиля.

    По словам автопроизводителя, результаты показывают, что технология в сочетании с четырехцилиндровым двигателем с турбонаддувом может снизить расход топлива на целых 25 процентов по сравнению с шестицилиндровым двигателем с турбонаддувом, предлагая сопоставимые характеристики.

    Энергия, запасенная в маховике, эквивалентна дополнительным 80 лошадиным силам. А при передаче обратно на колеса быстрое наращивание крутящего момента означает быстрое ускорение. Тестовый автомобиль S60 разгонялся с 0 до 62 миль в час примерно за 5 секунд.5 секунд — помните, речь идет о четырехцилиндровой модели с турбонаддувом.

    Исследователи обнаружили, что система лучше всего работает в городских условиях, что имеет смысл, поскольку продолжительность накопления энергии (продолжительность вращения маховика) ограничена. Кроме того, исследователи обнаружили, что накопленной энергии достаточно для питания автомобиля в течение коротких периодов времени, а это означает, что двигатель может быть выключен до 50 процентов времени.

    Но на этом преимущества не заканчиваются.По сравнению с обычным бензиново-электрическим гибридом маховик Volvo KERS легче, дешевле и проще в обслуживании.

    Теперь, когда технология доказала свою эффективность в одной из своих существующих моделей, Volvo начнет испытания прототипов своих будущих моделей и дополнительно оценит производительность, прежде чем внедрять технологию в производство.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.