F1技术特辑 KERS系统深度分析
2008年11月26日 14:09新浪体育 】 【打印
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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)。

B,原理简介

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。

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