سیستم KERS در اتومبیل های F1 چگونه کار می کند؟

سیستم انرژی جنبشی فرمول 1 KERS با نحوه شارژ مجدد خودروهای الکتریکی در جاده ارتباط دارد.

اکثر خودروهای مسابقه ای مبتنی بر پیست، ترفندهایی در آستین خود دارند تا از رقابت پیشی بگیرند. به عنوان اوج موتوراسپرت، اتومبیل های F1 با سیستم های پیچیده ای که برای سرعت بخشیدن به اتومبیل ها طراحی شده اند غریبه نیستند.

یکی از این سیستم ها KERS است. در سال 2009 برای حمایت از استراتژی دوگانه F1 برای ارتقای توسعه فناوری های سازگار با محیط زیست و خودروهای جاده ای در مسابقات F1 معرفی شد اما تا سال 2011 به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفت.

از آن زمان روی هر خودرویی وجود داشته است.

KERS چیست و چگونه کار می کند؟

KERS مخفف Kinetic Energy Recovery System است. هر بار که برای کاهش سرعت خودرو ترمز می کنید، انرژی جنبشی به صورت گرما از اصطکاک بین لنت ترمز و چرخ واقعی از دست می رود. یک KERS این انرژی را به‌جای آن مهار می‌کند و آن را ذخیره می‌کند تا بعداً زمانی که برای راننده مفید است، مستقر شود.

دو نوع اصلی KERS وجود دارد – مکانیکی و الکتریکی. در حالی که هر استقرار خودروی جاده ای ممکن است از KERS مکانیکی استفاده کند، سازندگان F1 تاکنون همه سیستم های الکتریکی را پذیرفته اند.

اینها توسط یک ژنراتور الکتریکی به نام Motor Generator Unit – Kinetic (MGU-K) تغذیه می شوند که گرمای تولید شده از ترمز را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. سپس انرژی الکتریکی تبدیل شده در یک باتری با ظرفیت تنظیم شده توسط FIA 2MJ در هر دور ذخیره می شود که ذخیره انرژی (ES) نامیده می شود.

در صورت نیاز، راننده می‌تواند دکمه‌ای را روی فرمان خود فشار دهد تا این نیرو را با ادغام آن با خروجی موتور به لطف موتور الکتریکی که عموماً در انتهای جلوی میل لنگ قرار دارد، اعمال کند.

کل خروجی MGU-K نیز توسط FIA تنظیم می شود. سیستم‌های قبلی روی 60 کیلووات (تقریبا 80 اسب‌بخار) محدود می‌شدند، اما این محدودیت بعداً در سال 2014 به 120 کیلووات (تقریباً 160 اسب‌بخار) افزایش یافت تا موتور ضعیف‌تر 1.6 لیتری V6 که جایگزین موتور 2.4 لیتری V8 قدیمی‌تر و قدرتمندتر می‌شد، متعادل شود.

در حالی که مشخصات دقیق سیستم KERS سازنده F1، که در این ورزش به سادگی ERS نامیده می شود، یک راز کاملا محافظت شده است، سیستم فوق اصول اولیه یک KERS الکتریکی را تشکیل می دهد.

MGU-K در مقابل MGU-H

MGU-K را نباید با MGU-H (حرارت) که یک دستگاه الکترونیکی مجزا است که قسمت باقی مانده از F1 ERS را تشکیل می دهد، اشتباه گرفت. این یک مفهوم مشابه است، اما به جای گرفتن گرما از ترمزها، انرژی حرارتی تولید شده توسط اگزوز موتور را جذب می کند.

ترکیب این دو سیستم به این معنی است که باتری را می توان حتی زمانی که خودرو به طور فعال تحت ترمز نیست، شارژ کرد. علاوه بر این، از آنجایی که FIA هیچ مقرراتی را بر MGU-H اعمال نمی کند، هر انرژی تولید شده توسط آن می تواند به طور مستقیم به MGU-K تغذیه شود و اساساً هر گونه مقررات مربوط به دومی را دور می زند.

MGU-H همچنین تاخیر توربو را با استفاده از یک موتور برای تامین انرژی کمپرسور حل می کند و از این رو نیازی به انتظار توربین برای گازهای خروجی ندارد. این دو سیستم با هم ترکیب ERS یا سیستم بازیابی انرژی در یک خودروی F1 را تشکیل می دهند.

همانطور که قبلا ذکر شد، انتقال نیرو به چرخ ها توسط یک دکمه روی فرمان راننده کنترل می شود. تیم‌ها اغلب به رانندگان کمک می‌کنند تا با شدت بیشتری ترمز کنند یا دنده‌ها را به شیوه‌ای خاص تعویض کنند تا حداکثر مقدار انرژی را در هر دور شارژ کنند یا آن را به صورت تاکتیکی‌تری به کار گیرند.

آیا ERS با ترمز احیا کننده تفاوت دارد؟

تا اینجا، اگر صدای ERS بسیار شبیه ترمز احیا کننده ای است که در خودروهای الکتریکی در جاده مشاهده می کنید، اشتباه نمی کنید. آنها در اصل یک چیز هستند. هر دو سیستم از ترمز خودرو برای شارژ مجدد باتری خودرو استفاده می کنند و سپس برای به حرکت درآوردن چرخ ها استفاده می شود.

با این حال، یک ERS بسیار پیچیده تر و قدرتمندتر از برنامه های ترمز احیا کننده ساده ای است که در خودروهای جاده ای مشاهده می کنید. خودروهای جاده‌ای دارای سیستم‌های ترمز احیاکننده هستند که به منظور شارژ باتری تا حد امکان بدون اینکه راننده همیشه ترمز کند تا چیزی از سیستم خارج شود، طراحی شده است.

این امر به دستیابی به چیزی که در اکثر خودروهای الکتریکی رانندگی تک پدال نامیده می شود، کمک کرده است. هنگامی که بنزین را رها می کنید، سیستم وارد می شود و با تهاجمی که اغلب توسط راننده قابل کنترل است، سرعت خودرو را کاهش می دهد.

این تضمین می کند که باتری تا آنجا که ممکن است در طول رفت و آمدهای روزانه و سفرهای جاده ای شارژ شود. در عوض یک ERS بر روی شارژ کردن همان باتری با کمترین ترمز ممکن تمرکز می کند، بنابراین ترکیبی از MGU-K و MGU-H است. به کارگیری انرژی ذخیره شده نیز بسیار تهاجمی تر است.

KERS در اتومبیل های جاده ای

بنابراین آیا می‌توانید یک KERS را در یک ماشین جاده‌ای معمولی سوار کنید و وسایل نقلیه‌ای با برد شگفت‌انگیز داشته باشید؟ دقیقاً نه، با توجه به اینکه یک ERS بسیار تهاجمی تر از ترمز احیا کننده معمولی است، چند مشکل وجود خواهد داشت، که از باتری شروع می شود.

باتری‌های مورد استفاده در ERS در برابر شارژ و دشارژ سریع بسیار مقاوم‌تر هستند، زیرا بار سنگین خودروهای F1 را که بیش از 60 دور در اطراف یک پیست پرتاب می‌کنند، تحمل می‌کنند. آن‌ها می‌توانند انرژی زیادی را برای شارژ سریع خود مصرف کنند و سپس به همان اندازه انرژی را برای اضافه کردن به کل خروجی خودرو فراهم کنند.

باتری‌های خودروهای جاده‌ای برای دوام، عمر طولانی‌تر برای حفظ چرخه‌های شارژ بیشتر و مهم‌تر از آن ایمنی طراحی شده‌اند. این بدان معنا نیست که یک ERS ایمن نیست، بلکه فقط باتری یک خودروی الکتریکی جاده ای یا هیبریدی معمولی نمی تواند با سیستم همگام شود.

سیستم‌های ترمز احیاکننده در خودروها نیز تقریباً به اندازه‌ای که برای حرکت دادن خود خودرو لازم است، برای بازگرداندن باتری به باتری انرژی تولید نمی‌کنند. این به این معنی است که شارژ به دست آمده بسیار کمتر از آن چیزی است که یک MGU-K ارائه می کند.

در نهایت، استقرار انرژی نیز نسبتاً متفاوت است، به خصوص اگر در حال رانندگی با یک خودروی هیبریدی هستید، جایی که سیستم های الکتریکی اغلب به منظور جایگزینی قدرت تولید شده توسط موتور گازی خودرو هستند. در خودروهای برقی، به هیچ وجه امکان استقرار الکتریکی وجود ندارد زیرا سیستم فقط باتری را شارژ می کند.

در مقابل، ERS در F1 یا KERS، به طور کلی، بر روی استقرار نیروی الکتریکی ذخیره شده در خروجی موجود موتور متمرکز است.

آینده KERS

از آنجایی که پیشرفت‌های F1 باتری‌ها و سیستم‌های احیاکننده را کارآمدتر می‌کند، در نهایت به خودروهای جاده‌ای که ما هر روز می‌رانیم می‌رسند. این بدان معنی است که ما خودروهایی را خواهیم داشت که سریعتر شارژ می شوند و برد بهبود یافته دارند.

تا آن زمان، می‌توانید به سیستم‌های احیاکننده موجود خودروی خود افتخار کنید تا به همان اندازه در انرژی صرفه‌جویی کنید.

منبع مقاله