58车 > 百科 > 专业名词 > 专业名词 >

KERS

KERS

  一,什么是KERS?


  KERS是动能回收系统(Kinetic Energy Recovery Systems)的英文缩写。其基础原理是:通过技术手段将车身制动能量存储起来,并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释放利用!具体的使用方法可能模仿A1的加速按钮来实现。


  二,FIA为何要引入KERS?


  很多人认为F1引入KERS的是FIA为增加超车机会-提高比赛兴奋度,压制引擎研发-控制成本飚升而采取的一时之举,这是完全错误的!


  现在,全世界的汽车工业都面临着产业发展与保护环境这对矛盾。能源问题,二氧化碳排放,早已不再是时髦的话题,而是就摆着面前,并需要立即动手解决的问题。去年,德国出台了每公里二氧化碳排放量不得超过120克的指标,这一指标如果成为法规,将意味着大排量发动机不再有发展前途。与此同时,现在有的城市甚至计划只允许在市中心使用混合动力车,这意味着厂商在开发产品时,必须保证他们的车型可以选装混合动力系统。通过这两例,我们可以看到高效率的环保技术对于汽车工业的发展有多迫切。时下,虽然各大制造商从未达成过任何共识,但已基本形成了默认的发展思路:先从混合动力入手,然后向氢动力或纯电力过渡。只有这样,汽车工业才可能有未来。


  此时,以高科技著称、位居汽车运动金子塔尖的F1,如果无视这一社会趋势,必将面临被涛汰的危险。FIA主席马克思-莫斯利曾在2006年说过: “世界的趋势正在发生改变,你将看到最明显的是关于全球变暖问题。在世界每一个地方,都有非常突出的民意运动。如果现在我们不改革,我们将错过这一趋势,F1将变得落后,并最终死亡。”


  也许有人会认为莫斯利的话是在危言耸听,但F1的现状就是下面这样:2.4升V8引擎的百公里油耗高达49KG,19000转的极限转速对于民用引擎没有任何参考意义,耗资建1个1:1的风洞开销大于5000万欧元,不计全年24小时运转的成本,一站一改的空气动力学套件实用价值是零……。


  很显然,现在F1的技术发展方向,是完全与社会脱节的,而且随着能源和环境问题的加剧,它正在与社会发展方向背道而驰。过去,F1被称为汽车工业的试验田,先进民用技术的发源地;而现在,随着技术发展趋势的变化,它的这项功能已越来越弱!在这种情况下,改革势在必行,而且刻不容缓。因为没有任何有社会责任的人,会对采用“过时”技术、大幅浪费能源、危害环境的运动顶礼膜拜!


  KERS正是F1顺应这一社会趋势,保持先进性迈出的第一步。(关于F1动力系统的远景规划,请【点击】查看我们之前的报道)


  三,FIA对KERS的规则限制


  为了鼓励、推动KERS技术的发展,FIA给予了车队充足的发挥空间。在今年7月11日发布的2009版F1技术规则中,国际汽联只对KERS几项技术指标做了规定,其余所有环节都是开放的。按照莫斯利的说法,KERS的发展几乎不受限。下文便是新规则中仅有的约束条款:


  1,KERS系统的最大输出和输入功率不得超过60KW,每圈的能量释放总量不得超过400KJ。(规则原文5.2.3)


  2 赛车在进站加油的过程中,不得向KERS的系统增加能量存储。(规则原文5.2.4)


  3 赛车引擎、变速箱、离合器、差速器和KERS以及所有的相关激活机构,必须由FIA指定的ECU供应商提供的ECU控制(即迈凯轮提供的标准ECU)。(规则原文8.2.1)


  现版09款规则对KERS的限制仅此而已!


  四:两种技术原理的KERS系统及其优缺点(本文重点)


  在FIA宽松的规则框架下,现在存在两种技术原理的KERS系统正在研发当中:飞轮动能回收系统和电池-电机动能回收系统。下面,我们将从研发背景、技术原理、参数指标、技术难点和方案优缺点五个方面对其进行详细介绍。首先讲已经面世的“飞轮动能回收系统”。


  A,研发背景


  这是雷诺将采用的技术方案,威廉姆斯打算购买!2007年年初,受到雷诺汽车公司的支持,雷诺F1车队的两位工程师乔恩-希尔顿和道格-克罗斯离开总部恩斯托(enstone)专门在银石组建了一家名叫“Flybrid Systems LLP”的公司。在这里,Flybrid是两个英语单词飞轮(flywheel)和混合动力(hybrid)的组合词,我们将其译为“飞轮混合动力系统公司”【注:下文统一简称为FB公司】。该公司在2007年年中开发出了一套高效率的飞轮动能回收系统(见上图)。


  飞轮动能回收系统的原理其实非常简单。儿时玩过回力玩具车的朋友知道,当我们通过向后滚动车轮让蓄能结构(一般为弹簧或橡皮筋结构)积蓄势能后,再将车放在地上,积蓄的势能便能让车快速行驶起来。FB公司的动能回收方案,正是采用的这种基础原理【注意:是基础原理,即从动能->势能—>动能的转化过程】。但其具体的工作过程肯定要复杂许多,要知道这是时速超过300公里的F1赛车。下面让我们一起看其实际构造:


  如上图所示:这是FB公司提供的系统原理图(右下为CAD三维效果图)。它总共由:一套高转速飞轮、两套固定传动比齿轮组、一台CVT(无级变速箱)和一套离合器构成(离合器2),其中无级变速箱由技术合作伙伴Torotrak公司提供,另一家公司Xtrac负责传动系统制造。系统工作过程如下:


  当赛车在制动的过程中,车身动能会通过无级变速箱传入飞轮,此时处于真空盒中的飞轮被驱动、高速旋转积蓄能量。而当赛车在出弯时,飞轮积蓄的能量则通过无级变速箱反向释放【注:这里指的反向指能量的流向,而非飞轮旋转方向】,并在主变速箱的输出端和引擎动力汇合后,作为推动力传递给后轴。整套系统结构简单紧凑,由写入SECU(标准ECU)的配套程序进行控制。在外形上,可根据用户需求,做针对性调整。也就是说可以具有不同的外形选择!


  C,技术难点


  众所周知,对于F1赛车来讲每一公斤的质量都是有用的。为了达到尽可能高的能量密度比(注:飞轮动能回收系统的这项指标已经很高),使系统对赛车的配重影响降至最低,采用飞轮动能回收方案需要将蓄能主体飞轮做的尽可能的小,但这又如何满足能量存储指标呢?


  FB公司采用的解决方案是提高转速。目前,他们试制品飞轮转速已达到64500转/分,这是一个近乎疯狂的数字。但此时新问题又出现了,因为高转速意味着系统会产生巨大的热量和面临巨大的风阻损耗。


  希尔顿和克罗斯最终决定将飞轮包装在一个真空盒内部,按照该公司的说法,内部气压可达1x10-7帕。这到底是一个怎样的概念呢?乔恩-希尔顿表示,这相当于一个气体分子需要运行45KM才能和另外一个相遇。不过想的到还得做得到,将飞轮置身真空盒的确可以解决生热和风阻损耗的问题,但如何防止轴承在(向飞轮)输入和输出动力的过程中,气密性不被破坏呢?新的难题再次诞生!在现有技术下,电转换是种可选方案,但能量损失太严重。结果这两位工程师还是找到了解决之道,他们发明了创新的轴密封技术,现已申请专利。

专业名词类其他百科