Система керс: Система KERS боится дождя :: Autonews

Командам и пилотам Формулы 1 и даже гоночным болельщикам в грядущем сезоне предстоит открывать для себя нечто принципиально новое: на арену выходят системы рекуперации энергии второго поколения. Крэг Скарборо рассказывает, почему в 2014-м они станут ключевым фактором

Во второй части обзора самых важных изменений в техническом регламенте Формулы 1 эксперт AUTOSPORT объясняет принцип работы систем рекуперации энергии и причины их особой значимости в предстоящем сезоне.

Как будут работать новые двигатели Ф1

Большие Призы не просто переходят на новые турбомоторы: в 2014-м на машинах будут использоваться две системы рекуперации энергии (ERS), которые суммарно способны производить дополнительные 160 лошадиных сил по ходу большей части круга. Так что значимость этого фактора в общем успехе становится заметно выше.

Данная технология станет серьёзным вызовом для всех в паддоке. Можно даже говорить, что именно от умелого обращения с ней будут зависеть результаты не только гонок, но и всего чемпионата.

ИСТОРИЯ KERS В ФОРМУЛЕ 1

Ещё в далёком 2000-м году автоконцерн Toyota представил первый серийный гибридный автомобиль. В свете растущей популярности «зеленых» идей гибридные технологии добрались и до Формулы 1: в сезоне-2009 на машинах появились системы KERS.

Каждый раз при разгоне автомобиля Ф1 тратится огромное количество энергии, тогда как при торможении кинетическая энергия просто рассеивается в никуда через тормозную систему в виде выделяемого тепла. Технологии рекуперации (ERS) направлены на аккумуляцию данной энергии с целью её дальнейшего повторного использования при новом разгоне.

В рамках изменения правил в 2009-м в регламенте появился пункт о Системе рекуперации кинетической энергии (KERS), хотя использование данной технологии подпадало под жёсткий контроль и ограничения.

При торможении энергия, которая обычно высвобождалась задними тормозами, собиралась при помощи генератора, установленного на элементах трансмиссии. Сопротивление самого генератора обеспечивало дополнительное тормозное усилие, но и в то же время способствовало заряду батарей.

Когда пилоту требуется использовать дополнительную мощность, электроника реверсивным путём посылает заряд батареи на тот же генератор, который в качестве электромотора способен выдать около 80 лошадиных сил на протяжении 6,7 секунды. Пилот активировал процесс, нажимая кнопку на рулевом колесе – в этот момент на приборной панели отображалось время в секундах до окончания действия дополнительного ускорения.

Опытным путем было установлено, что лучше всего использовать KERS небольшими импульсами при выходе из медленных или среднескоростных поворотов. Однако систему также можно было задействовать и в качестве вспомогательного инструмента для обгона соперника или при защите позиции.

Системы рекуперации появились в Формуле 1 в 2009 годуФото: LAT

В связи с чётким ограничением мощности и времени работы системы, перед инженерами стояла задача сделать KERS как можно более эффективной, надёжной и лёгкой.

Из экономических соображений команды согласились не использовать KERS в 2010-м, так что в своём первоначальном виде система просуществовала в Формуле 1 лишь четыре сезона. К концу 2013-го сумарный вес батареи, мотор-генератора и электроники составлял менее 25 кг.

Эффективность системы достигла 80%, а это означало, что KERS способна была «вернуть» на задние колёса четыре пятых собранной энергии. Кроме того значительно улучшилась и надёжность устройства, хотя 100% безотказности [как хорошо знает Марк Уэббер] добиться не удалось.

В квалификациях и гонках многие команды страдали от постепенного снижения эффективности KERS вплоть до полного её отказа из-за перегрева или иных проблем. Так как система могла обеспечить дополнительные 0,3 секунды на круге, её потеря не проходила незаметно, но все же не означала катастрофу.

В сезоне-2013 все 11 команд использовали системы KERS четырёх разных производителей: Ferrari, Renault, Mercedes и Williams [для моторов Coswotrh], в то время как в Red Bull вдобавок разработали собственную аккумуляторную батарею, которая позволила компактнее разместить все детали на шасси, но остальные компоненты чемпионы получали от поставщика Renault Sport.

Несмотря на различное происхождение, все версии использовали одну и ту же базовую конфигурацию, а в отдельных случаях одинаковую элементную базу от единого поставщика Marelli или батареи от компаний Saft и A123.

Обычно блок мотор-генератора (MGU) крепился через пару шестерён к передней части коленчатого вала двигателя. Расположение снизу и спереди означает, что устройство занимает место, обычно предназначенное для топливного бака – потому в задней части монокока приходилось создавать дополнительное углубление для последнего.

MGU вырабатывал переменный ток, который требовалось преобразовать в постоянный для аккумуляции в батареях. Для этого в цепь добавлен контроллер питания KERS: по трём кабелям большого сечения туда поступала энергия от генератора, а затем другая пара направляла её к батарее.

Обычно контроллер питания размещается в боковых понтонах в металлическом кейсе размером с обычный 12-вольтовый автомобильный аккумулятор.

Помимо процесса преобразования энергии контроллер также выполняет функцию переключения режимов зарядки и разрядки: данный процесс осуществляется при помощи сигналов от стандартизированного электронного блока FIA.

Компоненты KERS компании Magneti MarelliФото: LAT

Наконец, аккумулятор представляет собой массив литиево-ионных ячеек, встроенных в углепластиковый корпус. Всё устройство по размерам не превышает упаковку шести банок пива [какого именно объёма, автор, к сожалению, не указывает].

Поскольку батарея является частью электрической системы и задействована практически постоянно, её установка требует максимальных мер безопасности. В большинстве команд смонтировали аккумуляторный блок в нише монокока под топливным баком.

В то же время, в 2009 году на машинах McLaren батарея размещалась в правом боковом понтоне, ну а в Red Bull она находится непосредственно над коробкой передач.

Учитывая силу тока, проходящего через систему во время зарядки и разрядки генератора, контроллер питания и батареи нагреваются до чрезвычайно высоких температур. Эти системы, как правило, работают наиболее продуктивно именно при определенном нагреве, но если становится слишком жарко, они начинают терять свою эффективность.

Команды применяют практику предварительного нагрева и последующего охлаждения системы, чтобы держать оборудование в оптимальном температурном диапазоне. Часто в гонках повышение температуры вынуждало пилотов временно отказаться от использования системы, чтобы вернуть её к допустимым значениям. Для силовой электроники и батареи использовалось водяное охлаждение, в то время как мотор-генератор обслуживала масляная система.

Хотя KERS и можно рассматривать в качестве успешной предтечи ERS в автоспорте, вклад этой системы всё же был весьма лимитированным. Серьёзное ограничение выходной мощности означало, что такая технология никогда не станет объектом настоящего соперничества команд в стремлении получить самую мощную систему.

Возможно, с маркетинговой точки зрения идея подавалась не самым верным образом. К тому же, после ухода из чемпионата Honda и Toyota ни у одного из производителей двигателей Формулы 1 не было передового серийного автомобиля с гибридными технологиями.

А тот факт, что большинство Гран При с 2009-го года было выиграно с использованием фактически такой же силовой установки, как у Prius, остался не разрекламирован!

ERS по регламенту 2014 ГОДА

Новое слово в Формуле 1 – ERS

В этом году область использования систем рекуперации энергии расширяется, и от гибридных технологий будет зависеть уже куда больше.

Для этого FIA сформулировала новые правила, где увеличен лимит доступной к рекуперации кинетической – и описаны другие методы для сбора высвобождаемой энергии.

В рамках новой эры ERS частично изменилась терминология. Формула 1 получила новый термин «силовой агрегат», включающий в себя собственно двигатель внутреннего сгорания и оба типа систем рекуперации.

То, что прежде звалось KERS, теперь обозначается ERS-K (система рекуперации энергии — кинетическая). Она получила вдвое большую выходную мощность [160 л.с. вместо 80], в пять раз увеличилась ёмкость аккумуляторов. Появилось новое устройство ERS-H (система рекуперации энергии — тепловая), это дополнительный мотор-генератор (MGU-H), который крепится непосредственно на турбокомпрессоре.

В отличие от ERS-K, ERS-H может либо вернуть накопленную энергию в двигатель через мотор-генератор кинетической ERS, либо самостоятельно раскручивать турбину через собственный MGU. Последний процесс будет способствовать уменьшению турбо-ямы (задержки отклика).

Еще одно изменение касается компоновки: ERS-K больше не будет находиться в передней части двигателя: устройство вдвое увеличилось в размерах, и по новым правилам компоновки мотор-генератор кинетического рекуператора должен располагаться около переднего фланца двигателя непосредственно под выхлопом. Данная норма потребует перемещения насоса системы водяного охлаждения, гидравлических насосов и генератора, которые ранее находились в этой области.

Мотор-генератор ERS-H должен быть расположен на турбокомпрессоре. Мы уже могли наблюдать два варианта его размещения: перед турбокомпрессором (Renault) или же между двумя турбинами компрессора (Mercedes).

Изображение, опубликованное Mercedes, демонстрирует, что их идея размещения MGU не является окончательной: в итоге немцы, скорее всего, также установят мотор-генератор перед турбокомпрессором, как это осуществили в Renault.

Двигатель Mercedes 2014 года

Такой подход позволит держать MGU подальше от горячей турбины непосредственно под впускным накопителем над силовым агрегатом.

Когда турбина станет вращаться с частотой порядка 100 000 об/мин, мотор-генератор достигнет тех же величин, если только для его крепления не будет использован понижающий редуктор.

Разработка устройства, способного выдержать такую угловую скорость и выделяемое из-за силы трения тепло — задача не из простых.

Оба мотор-генератора будут подключены, как и прежде, к контроллеру питания и по очереди получать доступ к «запаснику энергии» — данный термин отныне будет использоваться для обозначения батареи ERS.

Для того, чтобы справиться с большими значениями электрического тока, запасник энергии должен быть больше, чем ранее вся KERS целиком.

Новые элементы потребуют больше места в боковых понтонах и под топливным баком. Также всё оборудование ERS потребует дополнительного охлаждения, поэтому радиаторы в понтонах увеличатся в размерах.

И хотя возможности двигателя стали скромнее, в сочетании с новыми источниками энергии они смогут демонстрировать значение пиковой мощности, идентичное прошлогоднему. А так как мотор-генераторы способны достигать максимального крутящего момента с нулевых оборотов, они поспособствуют значительному повышению эффективности разгона.

В отличие от нажатия кнопки на рулевом колесе для активации прежней KERS, с 2014 года пилоты будут оперировать лишь педалью акселератора, позволяя электронике определять, что именно использовать для ускорения – только лишь топливо или также энергию ERS.

В то же время, как и в 2013 году, гонщик будет иметь доступ к выбору различных режимов работы силового агрегата посредством переключателей на рулевом колесе. Там же, несомненно, появится и «волшебная кнопка», активизирующая максимальную отдачу ERS и двигателя тогда, когда это необходимо будет в гонке с тактической точки зрения.

Неожиданная проблема может крыться во влиянии работы ERS-K на задние тормоза. Так как мотор-генератор собирает энергию, он оказывает определённое тормозное усилие, замедляя машину. В зависимости от интенсивности процесса аккумуляции и состояния батареи поведение тормозов может меняться.

Команды уже отладили процесс сбора энергии так, чтобы обеспечить равное воздействие системы на автомобиль по ходу всего круга, так что в случае возникновения неполадок KERS пилоту потребуется лишь изменить баланс тормозов, чтобы нивелировать изменения в поведении машины при торможении.

В 2014 году из-за гораздо более сложных рекуператоров и большего количества абсорбируемой энергии правильно настраивать тормоза станет намного сложнее.

Таким образом, в FIA пошли на смелый шаг и позволили впервые использовать электронную систему в тормозах. В пункте 11.7 технического регламента такое устройство названо «контроллером заднего тормоза». Его функция в том, чтобы при нажатии пилотом педали тормоза, к механизмам прикладывалось соответствующее усилие, скорректированное с учётом уровня поглощения энергии системой ERS.

Хотя технически это и «активное» устройство, оно не сможет выполнять роль антиблокировочной системы — контроль в этой области останется за стандартизированной электроникой FIA.

Болельщикам в условиях новых правил тоже станет сложнееФото: LAT

Система будет передавать в точности то усилие, которое оказывает пилот на педаль тормоза, так что в случае слишком сильного нажатия колёса, как и прежде, попросту будут блокироваться.

Естественно, никто не забыл про безопасность. Усилие будет передаваться при помощи гидравлических контрольных систем высокого давления, а в случае их отказа всё давление в тормозной системе с заднего главного цилиндра будет тут же непосредственно переадресовано на тормозные механизмы.

Новая кинетическая ERS способна в одиночку обеспечивать дополнительный импульс на протяжении практически всего времени, пока пилот идёт «в полный газ». Как только заряд батареи падает, в работу включается уже система рекуперации тепловой энергии, осуществляя питание мотор-генератора ERS-K.

Грамотный баланс между использованием мощности и энергии будет иметь ключевое значение в получении максимального эффекта от ERS по ходу квалификации и гонки. При умелом обращении электрическая энергия в состоянии обеспечить снижение расхода топлива в гонке.

Перечисленные устройства относятся к системе управления силовой установкой, однако заниматься разработкой грамотного программного обеспечения для них почти наверняка предстоит именно командам, а вовсе не поставщикам двигателей. Тут есть, над чем поломать голову, и большие команды могут направить на эти вопросы больше ресурсов, чтобы как можно эффективнее решить сложную головоломку для каждого из своих пилотов и для каждой конкретной трассы.

Эти новые системы будет непросто разместить в машине, им придётся работать в сложных условиях вибрации, высоких температур и нагрузок. Безусловно, неизбежно возникнут проблемы с надёжностью, поскольку в данном аспекте даже предыдущие «простые» KERS с параметрами работы 80 л.с./6.7 с были далёки от идеала.

Однако, в отличие от в 2013 года, отказ ERS разом оставит машине лишь 75% её мощности. Это может стоить более секунды на круге, не говоря уже об увеличении расхода топлива, чтобы как-то компенсировать потерю ERS.

Такого рода поломки окажут сильнейшее влияние на ход гонки – не исключено даже, что мы впервые увидим сходы с дистанции из-за отказа рекуператора.

И наоборот — эффективная ERS в состоянии эффективно снизить расход топлива. В рамках ограничения в 100 кг бензина на дистанцию гонки, именно системы повторного использования энергии в состоянии ощутимо уменьшить его потребление, даже позволив не до конца заполнять бак перед стартом и тем самым облегчая машину.

Трудно себе даже представить, что более 160 л.с. можно будет получить лишь из потерянной ранее энергии. Нас ждут удивительные разработки, которые однозначно направят Формулу 1 по пути к «зелёным» технологиям.

Однако, на деле применение новинок будет скрыто от простых смертных тайной аппаратного контроля и стратегии использования энергии. Даже со специальной информацией на телеэкранах, демонстрирующих состояние заряда элементов питания, будет трудно в полной мере понять, как именно команда или пилот оперируют на дистанции балансом между использованием бензина и заряда ERS.

Для команд и поставщиков двигателей будет важно информировать болельщиков о том, каким образом работают и как применяются эти технологии – если Формула 1 всё же хочет как можно эффективнее использовать те возможности, которые открывает перед ней применение передовых технических решений.

В следующей части: почему коробки передач в 2014 году станут совсем другими

Новое имя в Формуле 1 – ERS

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

K.E.R.S. (kers) КЕРС — ФОРМУЛА 1 — ЖЖ

Система рекуперации кинетической энергии.

Горные лыжи Head Supershape i.Rally + крепления PRD 14 GW 19/20

Отзывы экспертов

Отличный выстрел и отдача на выходе из поворота.

В этом сезоне доработанная платформа, агрессия и динамика возросла, улучшенное виброгашение, это было ярко заметно на обледенелом вельвете, когда резко подморозило утром после оттепели. Head Rally уже не новинка, мы хорошо успели «помять и попилить» её в прошлом году, в наших любимых «дебрях и болотах». Талия 76 мм. Некоторые считают, что 80мм(Head Titan) слишком много, что в основном будут кататься по трассе, что 76 мм резвее и динамичнее — более точный выбор под задачу. Круг таких людей более широк.
Особенно среди старшего поколения, которые много чего попробовали и не за «пухом» едут в горы, а больше резво погонять, но не откажутся от возможности «подключить полный привод», когда изменившееся обстоятельства этого потребуют.

В горах погода переменчива, и идеальный с утра склон на популярном туристическом курорте, после обеда уже — «разбитая дорога» и кататься на жестких трассовых лыжах уже не так комфортно и надежно как на универсалах с великолепной амортизирующей подвеской. Head Rally великолепно отвечает этим требованиям и становится одной из самых популярных в премиум классе лыж. Изъянов и недостатков не выявили. Очень четкое поведение на подготовленном склоне, сопоставимое по ощущениям и характеристикам с лучшими образцами трассовых лыж — идеальные восьмерки, вгрызается в лед, прорубает бугорки — мощь прёт изо всех щелей. Динамична. Агрессивна. Безупречна.

100% хит продаж, в прошлом году к лыже все только привыкали, она была тогда новинкой — сейчас уже идут целенаправленно за ней. Надежность. 4×4 + Форсаж.

Встроенный накопитель энергии — своего рода конденсатор энергии, которая при загрузке лыжи накапливается и отдается на выходе из поворота. Много думали, как бы это замерить и ощутить на себе — отдача очень мощная и ярко ощутимая — это факт. Проверено. Нами. Высшая оценка тестеров — 10 баллов!

Команда тестеров «10 Баллов»

Модель можно заказать у нас для персональных тестов в любое удобное для Вас время. Подробнее уточняйте у менеждеров.
Устраиваем бесплатные тесты горных лыж!

Отзывы экспертов «Десять Баллов». Тесты горных лыж 2014/2015.

Модель Head Rally тоже уже не новинка, мы хорошо успели «помять и попилить» её в прошлом году в наших любимых дебрях и болотах. Талия 76 мм. Некоторые считают, что 80мм слишком много, что в основном будут кататься по трассе, что 76 мм резвее и динамичнее — более точный выбор под задачу. Круг таких людей более широк. Особенно среди старшего поколения, которые много чего попробовали и не за «пухом» едут в горы, а больше резво погонять, но не откажутся от возможности «подключить полный привод» когда изменившееся обстоятельства этого потребуют.
В горах погода переменчива, и идеальный с утра склон на популярном туристическом курорте, после обеда уже — «разбитая дорога» и кататься на жестких трассовых лыжах уже не так комфортно и надежно как на универсалах с великолепной амортизирующей подвеской. И Head Rally великолепно отвечает этим требованиям и становится одной из самых популярных в премиум классе лыж. Изъянов и недостатков не выявили. 100% хит продаж, в прошлом году к лыже все только привыкали, она была тогда новинкой — сейчас уже идут целенаправленно за ней. Агрессивно. Надежно. + Форсаж. Встроенный накопитель энергии — своего рода конденсатор энергии, которая при загрузке лыжи накапливается и отдается на выходе из поворота. Много думали как бы это замерить и ощутить на себе — отдача очень мощная и ярко ощутимая — это факт. Проверено. Нами. Также высшая оценка тестеров — 10 баллов!

Описание

Эта модель самая взрывная и яркая из Супершейпов – она имеет ярко выраженный слаломный характер. Породистая лошадка – не зря ее цвет красный. Мысок у этой модели более мягкий, а пятка более жесткая и взрывная: быстрый заход в поворот, четкая дуга и резкий отскок с пятки в следующий поворот с набором скорости. Чистый адреналин!

Талия 76 мм намекает, что модель весьма универсальна для грумера и имеет «запас» проходимости. Понравится экспертам, любящим активную работу на кантах, в расцентровке вперед-назад с активным входом в поворот с мыска и выходом акцентировано с отстрелом на пятках. А расширенная талия 76 мм придает универсальности и вездеходности этому норовистому снаряду. Любит средние и короткие дуги и акцентированное кантование.

• Крепления PRD 14 GW BRAKE 85 [F] — cамые мощные, удобные, точные крепления с полной диагональю на рельсовом интерфейсе Power Rail! Высокий контроль, точная передача энергии, простота установки и регулировки. Важная особенность: повышенный уровень безопасности благодаря подвижному слайдеру антиблокировки ботинка и полной диагонали не только головки, но и пятки креплений. Крепления совместимы не только со стандартной подошвой Alpine горнолыжного ботинка, но также и с подошвой GripWalk (GW).
• Система установки MultiFlex PR Base.

Конструкция и сердечник

• Graphene Worldcup Sandwich Cap Construction — одна из наиболее надежных, реактивных, заряженных конструкций. Является модификацией классического WC сэндвича с  деревянным сердечником, двумя пластинами титанала и сайдволами. Отличительная особенность по сравнению с классической конструкцией сэндвич: верхний слой ламината лежит не плоской пластиной, а как бы немного обнимает сверху деревянный сердечник, и уже к этой крышке (кэпу) снизу подведена опора в виде боковой стенки из жесткого пластика ABS — сайдвол. На верхнюю пластину титанала в некоторых местах, где необходимо дополнительное усиление, нанесены слои графена.

Rocker

• Speed Rocker  — спортивный рокер для идеальной управляемости на жестком покрытии. Небольшой подъем носка на лыжах со стандартным кембером означает отличную функциональность, легкий вход в поворот и высокую универсальность на мягком снегу. 10% рокера и 90% кембера как раз хватит для перекантовки без потери необходимой цепкости. Speed Rocker превращает лыжи Head в воплощение скорости с мощным рулевым управлением.
• ERA 3.0 S — это совокупность технологий правильного рокера. Рокер 10% и кембер 90% — для достижения оптимального баланса между легкостью управления и агрессивностью ведения лыж. Очевидная V-образная карвовая форма мыска Supershape дает отличную маневренность, управляемость, вход в поворот и потрясающие ощущения от ведения лыж. Технология KERS, расположеная в хвосте лыжи, обеспечивает игривую хлесткую отдачу, ускоряет лыжи на выходе из поворота.

Особое оснащение

• Технология KERS — Kinetic Energy Recovery System — система рекуперации кинетической энергии. Как и в Ф1, эта система предназначена для ускорения: при этом в болидах Ф1 система KERS передает накопленную энергию на вал, повышая крутящийся момент, а в лыжах система передает энергию на корпус лыжи в момент ее распрямления, повышает реакцию и скорость отдачи лыжи, и соответственно скорость перехода из одного поворота в другой. Волокна на основе пьезо, встроенные в центральную и хвостовую часть лыжи контролируются чипом и активно влияют на реакцию лыжи на выходе из резкого поворота.
• 
  По аналогии с системой CHIP энергия вырабатываемая волокнами накапливается в конденсаторах. При преодоления порогового уровня загрузки лыжи, сигнал от датчика идет в конденсаторы и они моментально отдают энергию в волокна, заставляя их сокращаться. Как результат — пятка лыжи становится реактивней, при загрузке сильнее и резче выбрасывает в новый поворот. Система действует автоматически на основе работы датчиков. Контролирующий чип находится позади креплений с лицевой стороны лыжи и заметен невооруженным глазом. Также лыжи с системой KERS обозначены шильдиком на лицевой стороне перед креплениями.

Скользяк, канты и топ

• RD Race Structured UHM C Base — супердолговечный материал скользяка отлично справляется со своей задачей на трассе. Прочная и стабильная, эта база будет служить годами.

Линейка Head Supershape

Мощь, не требующая усилий. Лыжи Supershape получили совершенно новую конструкцию с гораздо большим деревянным сердечником. В конструкцию также был добавлен Графен. Его экстраординарная легкость и прочность позволили использовать более толстый и широкий, алюминиевый лист, покрывающий всю поверхность лыжи, обеспечивая более реактивную и мощную езду.

Баланс. Также благодаря использованию Графена в центре лыжи, удалось уменьшить толщину средней части лыжи и переместить часть материалов в область носка и пятки. Это позволяет лыжам с действительно гармонично скручиваться и прогибаться, быть цепкими и легко перекантовываться.

Контроль. Благодаря более толстому носоку и пятке стало возможным разработать специфическую геометрию для каждой из четырех моделей Supershape. Благодаря эффективному вырезу, лыжа постоянно находится в контакте с рельефом независимо от угла наклона. Меньший радиус носка означает, что передняя контактная область лыж работает эффективнее и быстрее входит в поворот.

Graphene

Graphene — новый материал, полученный опытным путем в 2004 году. Позволяет сделать баланс лыжи четким и отточенным. Благодаря графену лыжи имеют непревзойденное соотношение легкости, торсионной жесткости и цепкости кантов. Это абсолютно четкий контроль, легкость и нереальные ощущения от катания! С использованием Графена в конструкции горных лыж (HEAD получил патент на использование Графена в лыжах) стало возможным принципиально изменить структуру лыж, перенеся силовой каркас с сердечника на графеновый слой. Это очень важно в первую очередь для женских моделей, вес которых можно теперь существенно облегчить без ущерба для стабильности, скорости и контроля.

О бренде Head

Первый неудачный опыт катания на лыжах убедил авиаинженера Говарда Хэда в том, что лыжи нужно менять. Ему, как авиаинженеру, больше всего в деревянных лыжах не понравился материал. Еще бы — если самолетостроители давно отказались от дерева, то и деревянные лыжи давно пора в топку! Взявшись за дело с чисто американским азартом, Говард решил все свои небольшие средства, заработанные за годы работы и выигранные в покер, вложить в создание совершенно нового вида лыж, которые как сандвич, строились бы из металла, пластика и фанеры. Новые лыжи были легче, гораздо надежнее и более маневренны. Первые в мире металлические лыжи стали настоящей сенсацией… Подробнее

Электронные горные лыжи Head Kers с управляемой жесткостью

Профессиональные лыжники используют для тренировок в горах и на трамплинах лыжи с управляемой жесткостью. Электронное управление повышает безопасность крутого спуска, обеспечивает лучшие спортивные результаты, и помогает выигрывать соревнования.

Новичкам, которые только учатся ездить на высоких скоростях, тем более необходима поддержка для ног. С распространением лыжной электроники заметно снизилось количество несчастных случаев. Это способствует популярности экстремальных видов спорта, превращает элитное занятие в доступное практически всем.

Как устроены электронные лыжи

Решающей для движения лыжника является хвостовая часть доски, на которую опирается нога. Изменение упругости материала дает возможность уверенно входить в повороты, сильнее отталкиваться от склонов и подпрыгивать с отрывом от поверхности.

Наиболее совершенная в своем роде технология Head Kears (Kinetic Energy Recovery System) основана на сохранении «естественной» энергии разгона и торможения. В хвостовую часть планки встроены пьезоэлектрические волокна, запасающие передаваемое на них давление.

Дополнительно электрический заряд накапливается встроенными мини-конденсаторами. Таким образом, повышают энергоемкость устройства и мощность разряда. Все составляющие отличаются значительной прочностью, и функционируют параллельно. Частичный выход системы из строя не влияет на работоспособность остальных элементов.

Рекуперация кинетической энергии выполняет следующие функции:

• более резкая реакция на отталкивание;
• увеличение скорости отстрела;
• ускорение выхода из поворота и входа в очередной виток;
• повышение устойчивости при неуверенных движениях.

Пьезоэлектрика – практически единственный способ снабдить лыжника достаточным количеством энергии. При этом не требуются внешние источники питания и регулярная подзарядка. Долговечные пьезо-волокна Intellifibers рассчитаны на весь срок службы лыжного комплекта.

Бренд Head продолжает популярную среди гонщиков линейку HEAD CHIP Intelligence system. Новые модели лучше выпущенных в прошлом, разработчики учли замечания пользователей и оптимизировали работу электроники.

За накопление и отдачу энергии отвечает цифровой блок управления. Во время езды электронные лыжи чутко реагируют на давление, создаваемое человеком в различных направлениях. Мини-процессоры определяют, когда следует повысить жесткость хвостовика или привести волокнистые структуры в расслабленное состояние.

Датчики улавливают не только статический нажим и динамические воздействия, но и вибрацию. Характерные для неустойчивого спуска частоты тоже приводят к автоматическому изменению физических показателей хвостовика.

Выбираем управляемые лыжи Head

Регулируемые горные лыжи настраиваются на фабрике один раз при изготовлении. Настройки соответствуют таким параметрам, как размеры доски, основной материал, предполагаемый вес лыжника. Вместе с тем, модели различаются «агрессивностью» поведения в экстремальных условиях.

Если спортсмен собирается ездить по крутым горкам, разгоняться на трамплинах до предельных скоростей и совершать рискованные виражи, стоит выбрать самые «агрессивные» лыжи Head. Для тренировки начинающих подходят более мягкие модели, требующие меньшего внимания со стороны человека. Слишком резкое подпружинивание может нарушить устойчивость при недостаточном опыте.

Фирменные управляемые лыжи Head представлены в нескольких категориях:

• Race Department – гоночные;
• Racing – для быстрых гонок;
• Speed – скоростные;
• Junior – подростковые;
• Real Man – для взрослых мужчин;
• Woman – женские;
• Big mountain – высокогорные;
• Premium – из элитных материалов с улучшенным дизайном;
• Freestyle – свободного стиля;
• Allride – универсальные.

Чтобы правильно выбрать вариант под свои потребности с учетом уровня подготовки, стоит обратиться к консультанту. Важное значение имеет пол, возраст и вес спортсмена.

В рамках бренда выпускается множество конкретных модификаций, ознакомиться с которыми можно в каталогах фирменной продукции. Внешний вид лыжных принадлежностей соответствует современным представлениям о дизайне. Использовать лыжи с чипом не только удобно, но и приятно с эстетической точки зрения. Яркая контрастная окраска позволяет издалека увидеть потерянные предметы на снегу.

Форма несколько различается: покупателям предлагают лыжи с закругленными задними концами, и с прямоугольными задниками. Передние концы стандартно закругляются, как и должно быть у принадлежностей для скоростного спуска в опасных условиях. Благодаря интеллектуальной технологии, дополнительно уменьшается вероятность зацепиться на неровном склоне. Оптимальная длина досок тоже способствует гладкому скольжению в сочетании с продольной устойчивостью.

В комплект входят специальные крепления, улучшающие работу пьезоэлектрики.

Расчетные исследования автомобильной силовой установки с системой рекуперации энергии Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Транспортное и энергетическое машиностроение

УДК 621.436 DOI 10.18698/0536-1044-2016-2-20-27

Расчетные исследования

У о о

автомобильной силовои установки с системой рекуперации энергии

С.В. Гусаков1 , В.А. Марков2, Х. Бехджуйан1

1 Российский университет дружбы народов (РУДН), 117198, Москва, Российская Федерация, Миклухо-Маклая ул., д. 6

2 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 105005, Москва, Российская Федерация, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1

A Calculation Study of an Automobile Power Unit with Energy Recovery System

S.V. Gusakov1 , V.A. Markov2, H. Behjuian1

1 People’s Friendship University of Russia (PFUR), 117198, Moscow, Russian Federation, Miklukho-Maklaya St., Bldg. 6

2 BMSTU, 105005, Moscow, Russian Federation, 2nd Baumanskaya St., Bldg. 5, Block 1

e-mail: [email protected]

Повышение топливной экономичности силовых установок транспортных средств приобретает все большую значимость. Эффективным методом снижения эксплуатационного расхода топлива автомобильной силовой установки является использование систем рекуперации энергии. Рассмотрен метод улучшения показателей топливной экономичности силовой установки, заключающийся в применении на автомобиле механического аккумулятора энергии, выполненного в виде маховика (система KERS — Kinetic Energy Recovery System). Проведены расчетные исследования энергетического баланса силовой установки автомобиля с системой рекуперации энергии при его движении в соответствии с испытательными циклами EUDC, FTP-75 и WLTC. Расчеты показали, что установка на транспортное средство системы рекуперации кинетической энергии Fly Wheel KERS позволяет существенно снизить рабочий объем двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Установлено, что для двух исследованных дизельных двигателей — Volkswagen TDI 1,9L и Mercedes Benz 300SD OM 617 — рабочий объем может быть уменьшен соответственно до 52 и 46 % от штатного значения, что позволит снизить расход топлива в испытательном цикле WLTC соответственно на 41 и 30 %.

Ключевые слова: силовая установка, автомобиль, двигатель внутреннего сгорания, трансмиссия, система рекуперации, испытательный цикл, топливная экономичность.

The need to increase fuel efficiency of vehicle power units has gained significant prominence. An efficient way to reduce operational fuel consumption of an automobile power unit is to utilize energy recovery systems. The authors examine a method of improving the power unit fuel efficiency indicators, which is based on the use of a mechanical energy accumulator represented as a flywheel (KERS — Kinetic Energy

Recovery System). Calculation studies are carried out on the energy balance of the automobile power unit with the energy recovery system when the vehicle is tested in accordance with the EUDC, FTP-75 and WLTC driving cycles. The calculations have shown that the installation of the Fly Wheel KERS energy recovery system on board of the vehicle allows a significant reduction in the capacity of the vehicle’s internal combustion engine. It has been established that for the two studied diesel engines (Volkswagen TDI 1,9L and Mercedes Benz 300SD OM 617) the engine capacity can be reduced respectively to 52% and 46% of the standard size. In the WLTC driving cycle it allows the reduction of fuel consumption by 41% and 30% respectively.

Keywords: power unit, vehicle, internal combustion engine, transmission, energy recovery system, driving cycle, fuel economy.

Конкурентоспособность современного автомобиля существенно зависит от показателей топливной экономичности [1]. Снижение расхода топлива силовых установок транспортных средств приобретает все большую значимость вследствие повышения спроса на нефтепродукты и роста напряженности между странами-производителями и потребителями энергоресурсов. При этом существует прямая зависимость между количеством сжигаемого топлива и выбросами в атмосферу углекислого газа (диоксида углерода), являющегося основным парниковым газом [2].

Резервы снижения расхода топлива автомобильным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) путем совершенствования рабочего процесса практически исчерпаны [3]. В связи с этим все большее значение приобретает оптимизация работы двигателя в составе силовой установки транспортного средства. Механические трансмиссии с коробками переключения передач (КПП) не позволяют осуществить такую оптимизацию в полной мере [4, 5]. При работе ДВС в качестве силовой установки легкового автомобиля с механической КПП в реальных условиях эксплуатации двигатель работает преимущественно в области частичных нагрузок, при которых значения его удельного эффективного расхода топлива и эффективного коэффициента полезного действия (КПД) далеки от показателей, соответствующих режиму наилучшей топливной экономичности. На рис. 1 приведены универсальные характеристики двух автомобильных дизельных двигателей с турбонадду-вом — Volkswagen TDI 1,9L (с рабочим объемом iVh = 1,9 л и номинальной мощностью Ne = = 66 кВт при частоте вращения коленчатого вала n = 4 000 мин1) и Mercedes Benz 300SD OM 617 (iVh = 3 л, Ne = 85 кВт при n = 4 000 мин1). Из рис. 1 следует, что зона минимальных расходов топлива с удельным эффективным рас-

ходом топлива ge, равным соответственно 200 и 245 г/(кВт-ч), занимает незначительную часть поля возможных режимов работы двигателя [4-6].

Экспериментальные данные по расходу топлива этих двигателей были введены в программу расчета движения автомобиля, описанную в

Ре>МПа

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 и, мин а

Ре> МПа

-1

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 и, мин-1

Рис. 1. Универсальные характеристики дизельных двигателей Volkswagen TDI 1,9L (а) и Mercedes Benz 300SD OM 617 (б) по удельному эффективному расходу топлива ge: pe — среднее эффективное давление; n — частота вращения коленчатого вала

работе [6]. Эта расчетная программа позволяет учитывать график изменения скорости автомобиля, заданный стандартизированным ездовым циклом, который моделирует реальные условия эксплуатации транспортного средства [7-9]. В ездовых циклах оговорены условия сопротивления движению транспортного средства, стратегия переключения передач, общая масса автомобиля (с учетом дополнительного оборудования, грузов и пассажиров), качество топлива, температура окружающей среды, выбор параметров шин [10-12]. Нормируются и многие другие параметры автомобиля, его силовой установки и трансмиссии. Предполагалось, что в качестве транспортного средства используется легковой автомобиль класса «В» массой около 1 т с пятиступенчатой механической КПП. В качестве испытательных циклов были выбраны следующие три цикла [7, 9, 10].

Европейский ездовой цикл NEDC (New European Driving Cycle), принятый к применению с 1 января 2000 г., состоит из двух фаз движения (рис. 2, а): имитации городского движения UDC (Urban Driving Cycle), повторяющейся 4 раза при ограничении скорости

V, км/ч

100 80 60 40 20 0

T

at1 ft af ft кП ft sf ft £

оооооооооо ооооооооооо

© t ч О 4

V, км/ч

80 60 40 20 0

(Л /V

A l\\ A —

A 1 // J V V /¡A h A II 1

1 If I

ооооооооооо ооооооооооо CN^-VOOOOCN^-tOOOOfS

7-1 ^Н ^Н ^Ч ^Ч ГЧ (N1

t, ч

V, км/ч

120 100 80 60 40 20 0

л’Ч -P t

/ for f»1 ‘Л f \

1 F 4 f~ -1

ОООООООООООООООО —

ооооооооооооооооо

_____2t,4

гч т tt «л vo г-

Рис. 2. Испытательные циклы: а — NEDC; б — FTP-75; в — WLTP

автомобиля 50 км/ч, и загородного движения EUDC (Extra Urban Driving Cycle) с максимальной скоростью 120 км/ч. Этого ездового цикла придерживается и Российская Федерация.

Испытательный цикл FTP-75 (Federal Test Procedure), разработанный в США, состоит из трех фаз движения (рис. 2, б): идентичных начальной и конечной фаз и более продолжительной второй фазы движения (после которой двигатель глушится на 10 мин). По сравнению с европейским циклом NEDC, FTP-75 более динамичен: автомобиль трогается с места 22 раза за цикл.

Новая процедура испытаний WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures) для определения эмиссии вредных веществ и выбросов CO2 (оценки эксплуатационной топливной экономичности) легковых автомобилей и легких коммерческих фургонов (рис. 2, в) разработана экспертами из стран Европейского Союза, Японии и Индии как правила ЕЭК ООН в области транспортных средств и принята к применению в октябре 2015 г.цикл / tцикл ,

где Ацикл — работа, требующаяся для движения транспортного средства в соответствии с протоколом ездового цикла, определяемая в расчетной программе, кДж; — продолжительность ездового цикла, с.

Для ездовых циклов NEDC, FTP-75 и WLTP мощность Nе потр составляет соответственно 3,92, 3,43 и 5,21 кВт.

Проведенный анализ показал, что самым энергоемким является цикл WLTP, что связано

Таблица 1

Параметры испытательного цикла WLTP для транспортного средства класса 3

Параметр Значение для участка движения цикла

Low Medium High Extra High За весь цикл

Продолжительность, с 589 433 455 323 1 800

Длительность остановок, с 156 48 31 7 242

Дистанция, м 3 095 4 756 7 158 8 254 2 3262

Доля времени стоянки, % 26,5 11,1 6,8 2,2 13,4

Максимальная скорость, км/ч 56,5 76,6 97,4 131,3 —

Средняя скорость, км/ч: без остановок 25,7 44,5 60,8 94,0 53,8

с остановками 18,9 39,5 56,6 92,0 46,5

Ускорение, м/с2:

минимальное -1,5 -1,5 -1,5 -1,2 —

максимальное 1,5 1,6 1,6 1,0 —

не столько с высокой максимальной скоростью в цикле, сколько с высокой динамической нагруженностью цикла — большим количеством участков с ускорением транспортного средства. При этом для всех циклов характерно низкое значение потребной средней мощности, которое существенно меньше номинальной мощности исследуемых дизельных двигателей.

В табл. 2 для трех испытательных циклов и двух исследуемых дизельных двигателей приведены расчетно-экспериментальные данные по расходу топлива СцШ, условному расходу топлива за цикл, рассчитанному из требования выполнения работы цикла, но при работе двигателя на режиме максимальной топливной экономичности. Как было установлено (см. рис. 1), минимальный удельный эффективный расход топлива ge min дизельных двигателей Volkswagen TDI 1,9L и Mercedes Benz 300SD OM 617 составил соответственно 200 и 245 г/(кВт-ч).

Анализ характеристик исследуемых автомобильных двигателей и данные табл. 2 свидетельствуют о том, что рабочий объем ДВС эффективно используется лишь на режимах с полной нагрузкой. На частичных нагрузочных режимах он избыточен. Можно было бы рекомендовать комплектацию автомобиля двигателем с меньшим рабочим объемом, но поскольку такой ДВС не обеспечит желаемую динамику разгона автомобиля, водитель будет испытывать дискомфорт.

Для устранения этого недостатка можно применить гибридную силовую установку с

гидромеханической трансмиссией. Такой установкой, оснащаются, например, автомобили Toyota Prius современного исполнения. Расход топлива модели Prius-3 PHV (ZVW35) массой 1525 кг, поступившей в продажу в 2012 г., составляет 3,17 л/100 км [4] в новом японском испытательном цикле JC08, близком к европейскому циклу NEDC, но с большим временем стоянки автомобиля. Однако такая машина существенно дороже автомобиля того же класса. Кроме того, у экспертов вызывает опасение проблема утилизации использованных аккумуляторов, производство которых уже тревожит экологов.

Альтернативой гибридной установке является система рекуперации кинетической энер-

Таблица2

Расход топлива за цикл и оценка резервов его снижения

Ездовой цикл Сцикл, г Сцикл min, г Сцикл min/Сцикл, %

Volkswagen TDI 1,9L

NEDC 569,5 265,9 45,1

FTP-75 763,2 356,8 46,8

WLTP 908,5 521,2 57,4

Mercedes Benz 300SD OM 617

NEDC 706,5 325,8 46,1

FTP-75 888,9 437,1 49,2

WLTP 1083,5 638,4 58,9

гии (СРКЭ) Fly Wheel KERS (Kinetic Energy Recovery System), представляющая собой механический аккумулятор энергии, выполненный в виде легкого и компактного углепластикового маховика. Система устанавливается на задней оси автомобиля, и получаемая при торможении энергия используется для повышения частоты вращения маховика. По данным компании Volvo [13], такая технология позволяет сократить расход топлива на 20 % и обеспечивает транспортному средству дополнительную мощность на переходных режимах.

Например, автомобиль с четырехцилиндровым двигателем, оснащенный системой Fly Wheel KERS, способен разгоняться с ускорением, характерным для машин с шестицилиндровым ДВС. При разгоне автомобиля крутящий момент с маховика передается на задние колеса через специальный редуктор. Двигатель, передающий крутящий момент на передние колеса, в процессе торможения выключается. Энергия маховика может использоваться как для начала движения автомобиля, так и для поддержания повышенной скорости его движения.

Типичный для гоночного автомобиля формулы F1 мотор-генератор системы KERS массой около 5 кг обеспечивает мощность 60 кВт в течение примерно 7 с, что соответствует запасаемой энергии 420 кДж [14]. Мотор-генератор системы KERS может заменить как штатный генератор переменного тока с выпрямителем, так и стартер постоянного тока, а также может быть использован для пуска ДВС при работе в режиме «старт-стоп» [15].

На рис. 3 приведены данные расчетных исследований влияния рабочего объема дизельных двигателей Volkswagen TDI 1,9L и Mercedes-Benz 300SD OM 617 на путевой расход топлива в предположении сохранения эффективности рабочего процесса и механического КПД на неизменном уровне. Расчеты с использованием разработанной программы проведены для трех ездовых циклов.

Как видно из рис. 3, уменьшение рабочего объема приводит к снижению эксплуатационного расхода топлива. На начальном участке характеристики темп его снижения в абсолютных единицах примерно постоянен как для обоих дизельных двигателей, так и для различных циклов движения, и составляет около 5 г снижения расхода топлива за цикл на 1% уменьшения рабочего объема ДВС.топ

(Авт/ Grt,) -100%

m

где AGx — абсолютное снижение расхода топлива за цикл, г/цикл; Gto — расход топлива при штатном рабочем объеме двигателя, г/цикл; AVh — относительное снижение рабочего объема двигателя, %.

Наибольшее влияние снижения рабочего объема двигателя на эксплуатационную топливную экономичность наблюдается в европейском ездовом цикле NEDC (ктоп = 0,72-0,86), в несколько меньшей степени — в американском FTP-75 (ктоп = 0,56-0,66) и в наименьшей степени — в международном WLTP (ктоп = 0,46-0,55). При этом меньшие значения коэффициента влияния ктоп соответствуют двигателю Mercedes-Benz 300SD OM 617 с худшей топливной экономичностью. Таким образом, чем «динамичнее» испытательный цикл, тем менее эф-

«Й •5

5

1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

………..3

1

/ 1

__……1 /1

‘ /

/

/ /

3- / / 2 / У

У __ у

100 90 80 70 60 50 40 30 20 Доля рабочего о&ьема двигателя от штатного значения, %

5 1100

51000

900 800

700

600

н 500

400

300

S 200

100

ja 0

и

,5

/

J. /

/- 2

У /

у

100 90 80 70 60 50 40 30 20

Доля рабочего объема двигателя от штатного значения, %

б

Рис. 3. Влияние рабочего объема дизельных двигателей Volkswagen TDI 1,9L (а) и Mercedes-Benz 300SD OM 617 (б) на путевой расход топлива вщкл (—) и невыполненную работу

ААцикл (——) в цикле:

1 — NEDC; 2 — FTP-75; 3 — WLTP

фективно снижение рабочего объема, что воспринимается как логичное заключение: цикл требует более высокой средней мощности для его выполнения.

На рис. 3 также приведены графики «невыполненной работы в цикле», смысл которых заключается в следующем. При уменьшении рабочего объема наступает момент, когда располагаемая мощность двигателя Ne расп, вычисляемая на режимах внешней скоростной характеристики, становится меньше потребной мощности Ne потр, необходимой для движения по циклу на некоторых его участках, в соответствии с графиком изменения текущей скорости транспортного средства.

В этом случае программно реализован алгоритм, в котором при недостаточной мощности двигателя (Ne расп < Ne потр) график движения транспортного средства, предписанный протоколом ездового цикла, нарушается, и движение автомобиля определяется равенством Ne потр = = Ne расп. При этом работа, совершаемая в цикле, снижается, ее значения приведены на рис. 3. Наиболее критичным по параметру «невыполненная работа» является самый динамичный цикл WLTP. Если его принять за критериальный, то для двигателя Volkswagen TDI 1,9L предельным является 30 % снижения рабочего объема, а для модели Mercedes Benz 300SD OM 617 — 40 %.

Если же использовать СРКЭ типа Fly Wheel KERS, то в зависимости от уровня ее энергоемкости снижение рабочего объема может быть более значительным (без потери динамических качеств автомобиля). Так, приняв запас энер-

гии в СРКЭ порядка 420 кДж, можно уменьшить рабочий объем двигателей Volkswagen TDI 1,9L и Mercedes Benz 300SD OM 617 соответственно до 52 и 46 % от штатного значения, что позволит снизить расход топлива в цикле WLTP соответственно на 41 и 30%.

Выводы

1. С помощью разработанной расчетной программы проведено моделирование движения легкового автомобиля класса «В» массой около 1 т с пятиступенчатой механической КПП, оснащенного двумя дизельными двигателями — Volkswagen TDI 1,9L и Mercedes Benz 300SD OM 617. Исследования проводились на трех ездовых циклах: NEDC, FTP-75 и WLTP.

2. Показано, что рабочий объем исследуемых дизельных двигателей эффективно используется лишь на режимах с полной нагрузкой. На частичных нагрузочных режимах этот объем избыточен. Для устранения этого недостатка можно применить гибридную силовую установку с гидромеханической трансмиссией или СРКЭ Fly Wheel KERS.

3. Использование на транспортном средстве СРКЭ Fly Wheel KERS позволяет существенно снизить рабочий объем двигателя. Так, приняв запас энергии в СРКЭ порядка 420 кДж, можно уменьшить рабочий объем двигателей Volkswagen TDI 1,9L и Mercedes Benz 300SD OM 617 соответственно до 52 и 46 % от штатного значения, что позволит снизить расход топлива в цикле WLTP соответственно на 41 и 30 %.

Литература

[1] Кравец В.Н., Горынин Е.В. Законодательные и потребительские требования к авто-

мобилям. Нижний Новгород, Изд-во НГТУ, 2002. 400 с.

[2] Александров А.А., Марков В.А., ред. Альтернативные топлива для двигателей внут-

реннего сгорания. Москва, ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2012. 791 с.

[3] Александров А.А., Иващенко Н.А., ред. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV. Двига-

тели внутреннего сгорания. Москва, Машиностроение, 2013. 784 с.

[4] Гусаков С.В. Гибридные силовые установки на основе ДВС. Москва, Изд-во РУДН, 2008.

180 с.

[5] Гусаков С.В., Марков В.А., Афанасьева И.В. Улучшение эксплуатационных показателей

транспортных средств при использовании гибридных силовых установок. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2012, № 2, с. 32-41.

[6] Гусаков С.В., Ахмадниа М. Исследование резервов повышения эффективности работы

ДВС в составе гибридной силовой установки. Известия Волгоградского государственного технического университета. Процессы преобразования энергии и энергетические установки, 2014, вып. 6, № 18, с. 41-44.

[7] Милешкин К. Изменение расхода топлива: под вой барабанов. За рулем, 2012, № 5,

с. 196-198.

[8] Карелина М.Ю., Гайдар С.М. Исследование эффективности триботехнических препа-

ратов на основе наноматериалов. Грузовик, 2015, № 4, c. 17-29.

[9] Гусаков С.Н., Марков В.А., Мяхричев Д.В. Испытательный цикл NEDC и его соответ-

ствие современным условиям эксплуатации автомобилей с бензиновым ДВС. Автомобильная промышленность, 2012, № 9, c. 37-39.

[10] Гусаков С.В., Марков В.А., Афанасьева И.В., Ахмадниа М. Электромеханическая трансмиссия как способ улучшения топливной экономичности силовой установки автомобиля. Автомобильная промышленность, 2015, № 6, с. 5-8.

[11] Тимков А.Н., Иванов А.С. Распределение тягового и тормозного усилия на колесах автомобиля в разных ездовых циклах. Автомобильный транспорт, 2011, вып. 29, с. 220-223.

[12] Ворона А.В. К выбору ездового цикла гибридного автомобиля. Автомобильный транспорт, 2011, вып. 29, с. 227-230.

[13] Mathews T., Nishanth D. Flywheel based kinetic energy recovery systems (KERS) integrated in vehicles. Journal Policy International Journal of Engineering, Science and Technology, 2013, vol. 5, no. 9, pp. 1694-1699.

[14] Piancastelli L., Daidzic N.E., Frizziero L., Rocchi I. Analysis of automotive diesel conversions with KERS for future aerospace applications. International Journal of Heat and Technology, 2013, vol. 31, iss. 1, pp. 143-153.

[15] Дебелов В.В., Козловский В.Н., Пьянов М.А., Строганов В.И. Моделирование и разработка электротехнического комплекса управления автомобилем в режимах старт и стоп. Грузовик, 2015, № 5, c. 15-20.

References

[1] Kravets V.N., Gorynin E.V. Zakonodatel’nye i potrebitel’skie trebovaniia k avtomobiliam [Legis-

lative and consumer demand for automobiles]. Nizhny Novgorod, NSTU publ., 2002. 400 p.

[2] Aleksandrov A.A., Arkharov I.A., Bagrov V.V., Gaivoronskii A.I., Grekhov L.V., Devianin

S.N., Ivashchenko N.A., Markov V.A. Al’ternativnye topliva dlia dvigatelei vnutrennego sgoraniia [Alternative fuels for internal combustion engines]. Moscow, OOO NITs In-zhener publ., OOO Oniko-M publ., 2012. 791 p.

[3] Mashinostroenie. Entsiklopediia. Tom 4. Dvigateli vnutrennego sgoraniia [Mechanical Engi-

neering. Encyclopedia. Vol. 4. Internal combustion engines]. Ed. Aleksandrov A.A., Ivash-chenko N.A. Moscow, Mashinostroenie publ., 2013. 784 p.

[4] Gusakov S.V. Gibridnye silovye ustanovki na osnove DVS [Hybrid power plants based on in-

ternal combustion engines]. Moscow, RUDN publ., 2008. 180 p.

[5] Gusakov S.V., Markov V.A., Afanas’eva I.V. Uluchshenie ekspluatatsionnykh pokazatelei

transportnykh sredstv pri ispol’zovanii gibridnykh silovykh ustanovok [Improvement of vehicles performances by use of hybrid propulsion systems]. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenii. Mashinostroenie [Proceedings of Higher Educational Institutions. Маchine Building]. 2012, no. 2, pp. 32-41.

[6] Gusakov S.V., Akhmadnia M. Issledovanie rezervov povysheniia effektivnosti raboty DVS v

sostave gibridnoi silovoi ustanovki [Research of reserves of increase of efficiency of internal combustion engines in hybrid propulsion system]. Izvestiia Volgogradskogo gosudarstven-nogo tekhnicheskogo universiteta. Protsessy preobrazovaniia energii i energeticheskie ustanovki [News of Volgograd State Technical University. The processes of energy conversion and power plants]. 2014, iss. 6, no. 18, pp. 41-44.

[7] Mileshkin K. Izmenenie raskhoda topliva: pod voi barabanov [Change in fuel consumption:

the beat of drums]. Za rulem [Behind the wheel]. 2012, no. 5, pp. 196-198.

[8] Karelina M.Iu., Gaidar S.M. Issledovanie effektivnosti tribotekhnicheskikh preparatov na os-

nove nanomaterialov [Research of efficiency of tribotechnical preparations on the basis of nanomaterials]. Gruzovik [Truck]. 2015, no. 4, pp. 17-29.

[9] Gusakov S.N., Markov V.A., Miakhriachev D.V. Ispytatel’nyi tsikl NEDC i ego sootvetstvie

sovremennym usloviiam ekspluatatsii avtomobilei s benzinovym DVS [Estimation of Con-

formity of a Test Cycle NEDC to Modern Conditions of Operation of Automobiles with Petrol Ice]. Avtomobil’naiapromyshlennost’ [Automotive Industry]. 2012, no. 9, pp. 37-39.

[10] Gusakov S.V., Markov V.A., Afanas’eva I.V., Akhmadnia M. Elektromekhanicheskaia transmissiia kak sposob uluchsheniia toplivnoi ekonomichnosti silovoi ustanovki avtomo-bilia [Electromechanical transmission as a way to improve the fuel efficiency of the power plant of the vehicle]. Avtomobil’naia promyshlennost’ [Automotive industry]. 2015, no. 6, pp. 5-8.

[11] Timkov A.N., Ivanov A.S. Raspredelenie tiagovogo i tormoznogo usiliia na kolesakh avto-mobilia v raznykh ezdovykh tsiklakh [Distribution of traction and braking force on the wheels of a vehicle in different driving cycles]. Avtomobil’nyi transport [Automobile transport]. 2011, iss. 29, pp. 220-223.

[12] Vorona A.V. K vyboru ezdovogo tsikla gibridnogo avtomobilia [By choosing a hybrid vehicle driving cycle]. Avtomobil’nyi transport [Automobile transport]. 2011, iss. 29, pp. 227230.

[13] Mathews T., Nishanth D. Flywheel based kinetic energy recovery systems (KERS) integrated in vehicles. Journal Policy International Journal of Engineering, Science and Technology, 2013, vol. 5, no. 9, pp. 1694-1699.

[14] Piancastelli L., Daidzic N.E., Frizziero L., Rocchi I. Analysis of automotive diesel conversions with KERS for future aerospace applications. International Journal of Heat and Technology, 2013, vol. 31, iss. 1, pp. 143-153.

[15] Debelov V.V., Kozlovskii V.N., P’ianov M.A., Stroganov V.I. Modelirovanie i razrabotka el-ektrotekhnicheskogo kompleksa upravleniia avtomobilem v rezhimakh start i stop [Modeling and development of complex electrical control of the vehicle in the start and stop]. Gru-zovik [Truck: transportation complex and special technique]. 2015, no. 5, pp. 15-20.

Информация об авторах

ГУСАКОВ Сергей Валентинович (Москва) — доктор технических наук, профессор кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели». Российский университет дружбы народов (РУДН) (117198, Москва, Российская Федерация, Миклухо-Маклая ул., д. 6).

МАРКОВ Владимир Анатольевич (Москва) — доктор технических наук, профессор кафедры «Теплофизика». МГТУ им. Н.Э. Баумана (105005, Москва, Российская Федерация, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, e-mail: [email protected]).

БЕХДЖУЙАН Хоссейн (Москва) — аспирант кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели». Российский университет дружбы народов (РУДН) (117198, Москва, Российская Федерация, Миклухо-Маклая ул., д. 6).

Статья поступила в редакцию 16.10.2015 Information about the authors

GUSAKOV Sergey Valentinovich (Moscow) — Doctor of Science (Eng.), Professor, Department of Combustion Engineering and Power Engines. People’s Friendship University of Russia (PFUR) (117198, Moscow, Russian Federation, Mi-klukho-Maklaya St., Bldg. 6).

MARKOV Vladimir Anatolievich (Moscow) — Doctor of Science (Eng.), Professor, Department of Thermophysics. Bauman Moscow State Technical University (105005, Moscow, Russian Federation, 2nd Baumanskaya St., Bldg. 5, Block 1, e-mail: [email protected]).

BEHJUIAN Hossein (Moscow) — Postgraduate, Department of Combustion Engineering and Power Engines. Peoples’ Friendship University of Russia (PFUR) (117198, Moscow, Russian Federation, Miklukho-Maklay St., Bldg. 6).

12 января 2016 года после тяжелой болезни скончался известный ученый-двигателист, доктор технических наук, профессор Сергей Валентинович Гусаков. Редакция выражает соболезнования родным, близким и коллегам.

Volvo добавляет KERS к серийным автомобилям в 2020 году

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

XC90 2020 года станет первым продуктом Volvo в области промышленного применения технологии KERS, использование которой ранее ограничивалось гонками Формулы-1.

В новом XC90 компания KERS использует технологию проводного торможения для восстановления энергии во время замедления, которая затем может использоваться для управления автомобилем.

В отличие от газо-электрических гибридов, которые используют рекуперативное торможение для зарядки аккумуляторной батареи, установка Volvo KERS основана на маховике из углеродного волокна, который вращается со скоростью до 60 000 об / мин. При торможении маховик раскручивается, а при ускорении используется его импульс, передавая привод на задние колеса.

Volvo не сообщает, сколько мощности KERS способствует ускорению XC90. Ранее в этом десятилетии испытание прототипа компании показало, что он имел мощность до 80 л.с.

Читайте дальше на autotrader.ca.

Пресс-релиз Volvo:

Сегодня Volvo Cars представила обновленную версию своего самого продаваемого большого внедорожника XC90, флагманского флагмана компании, с добавлением недавно разработанного топливосберегающего двигателя. следующий шаг в амбициозной стратегии компании по электрификации.

Обновленный XC90 впервые предлагает клиентам 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».

Эта новая электрифицированная трансмиссия предлагает водителям до 15% экономии топлива и сокращение выбросов в реальных условиях вождения.

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

Вам также может понравиться: Грузовики Volvo и автомобили Volvo общаются в транспортном потоке

Представление новых автомобилей XC90 с логотипом «B» представляет собой важный шаг для Volvo Cars на пути к ее амбициям по электрификации.

Новые автомобили с логотипом «B» дополняют существующую электрифицированную гибридную электрифицированную опцию Volvo T8 Twin Engine на новом XC90.

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

Внутри сохраняется превосходный и отмеченный наградами дизайн интерьера, но, пожалуй, самым 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 сидений, которое наилучшим образом соответствует предпочтениям и образу жизни людей. Новые материалы интерьера, в том числе смесь шерсти, предлагают дополнительные возможности для персонализации.

Основанный на платформе, трансмиссии и технологиях безопасности собственной разработки Volvo, XC90 2015 года ознаменовал начало трансформации Volvo Cars. Он представил новое лицо бренда Volvo, характеризующееся фарами Thor’s Hammer, и представил новую масштабируемую архитектуру продукта.

Первые в мире технологии и инновации, внедренные в других моделях Volvo серии 90 и 60 в период с 2015 по 2019 год, также нашли свое отражение в XC90 за прошедшие годы.

В результате лучший внедорожник Volvo стал более совершенным с момента его появления на рынке, его продано более 320 000 единиц по всему миру — и это количество растет.

Что касается технологии активной безопасности, XC90 теперь предлагает водителям помощь в управлении как в городской системе безопасности, так и в информационной системе для слепых зон.City Safety с Autobrake по-прежнему остается единственной системой на рынке, распознающей пешеходов, велосипедистов и крупных животных.

Система смягчения последствий встречной полосы, впервые представленная на XC60, теперь доступна и на XC90, а технология предупреждения о перекрестном движении теперь также предлагает автоматическое торможение.

Все это вместе с каркасом безопасности, который составляет 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 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 приняты в XC90. Там, где это возможно, в XC90 интегрирована служба потоковой передачи музыки Spotify.

Версия XC90 2020 модельного года поступит в производство в мае на заводе Torslanda в Швеции и теперь доступна для заказа на всех рынках Volvo по всему миру.

Система рекуперации кинетической энергии (KERS) для грузовых автомобилей (HGV)

Система рекуперации кинетической энергии (KERS) для грузовых автомобилей (HGV) — модернизируемая система рекуперации кинетической энергии для грузовых автомобилей с использованием новейших электрических машин и технологий аккумулирования энергии

Системы рекуперации кинетической энергии для грузовых автомобилей могут быть установлены на существующих транспортных средствах для снижения расхода топлива и выбросов более чем на 20%.На трансмиссии грузовика установлена ​​электрическая машина (двигатель / генератор). Во время торможения эта машина действует как генератор, замедляя транспортное средство и отправляя электричество для хранения в графеновых ультраконденсаторах. Во время разгона эта машина действует как двигатель, потребляя электричество от ультраконденсаторов и обеспечивая мощность для ускорения транспортного средства, значительно снижая расход топлива.

Наша экономика зависит от грузовиков, доставляющих товары туда, где они должны быть дешево и надежно.Эти же грузовики создают значительное количество загрязнения, которое необходимо уменьшить: например, в Лондоне автомобильные перевозки вызывают 13% выбросов CO2, 24% NOx и 12% выбросов PM2,5. Как можно возвести этот круг в квадрат? Некоторые варианты использования, такие как короткие, четко определенные и неизменные обратные маршруты, такие как почтовая доставка, поддаются электрификации, но это не относится к большинству автомобилей от 12 до 44 тонн, и предложения OEM отражают это. Даже если они доступны, полностью электрические решения требуют, чтобы операторы тратили больше, меньше возили и зависели от инфраструктуры зарядки, которая иногда является частной собственностью в бизнес-секторе, где маржа мала.Характер остановки / запуска движения по городским или загруженным маршрутам приводит к чрезмерному расходу топлива и выбросам. Улавливая энергию во время торможения, сохраняя ее, а затем используя эту рекуперированную энергию для ускорения следующего ускорения, KERS от Adgero может снизить расход топлива и выбросы CO2 в этих циклах более чем на 20%, а также снизить NOx и PM. Пакет телематики KERS будет передавать данные в телематическое решение по выбору оператора, а его ЭБУ предназначен для получения обновлений по беспроводной сети для обеспечения максимальной производительности.Система рекуперации кинетической энергии Adgero является доступной, модернизируемой, многоразовой и совместимой практически с любым тяжелым грузовым автомобилем на дороге, будь то тягач или тягач с прицепом. В электродвигателе / ​​генераторе не используются постоянные магниты или медь, а в аккумуляторе энергии не используются тяжелые металлы, что обеспечивает безопасную и легкую переработку в конце срока службы.

Система рекуперации кинетической энергии — обзор

3.1 Fess в электромобиле

Автомобильная промышленность играет важную роль в современном мире, поскольку транспортный сектор потребляет треть энергии в Европе [150].Кроме того, четверть мировых выбросов углекислого газа приходится на транспортный сектор [151]. Электромобили имеют лучшую энергоэффективность, чем классические автомобили с бензиновым двигателем, и помогают сочетать возобновляемые источники энергии (ВЭ) для большего снижения выбросов углерода [152]. Применение FW для силовой установки транспортного средства — не новая концепция. Паровая машина была разработана для повышения эффективности и мощности после многих лет промышленной революции. Большой FW был построен для огромных двигателей.Пожалуй, «Гиробус» был самым распространенным приложением для транспортной системы. Эрликон построил «Гиробус» [13]. Различные концепции гибридных автомобилей на основе FW появлялись в литературе с 1970-х годов, где FW использовался для повышения экономии топлива в автобусах и других легковых автомобилях. Кроме того, были предложены другие приложения для FW, например, для кранов, экскаваторов, пригородных поездов и вилочных погрузчиков [153]. Исследование нового FESS для автомобильного применения с магнитными подшипниками и материалами было выполнено в Университете Остина, штат Техас, в 1999 году [154,155].Концепции повышения производительности были представлены для легковых и гоночных автомобилей с 2000-х годов, поэтому высокоскоростной компактный FW (вращающийся со скоростью 64 000 об / мин) использовался в гоночных автомобилях формулы 1. Эта технология получила название Kinetic Energy Recovery System (KERS). Самым большим недостатком FW является увеличение веса системы (25 кг). FESS в основном может выполнять три функции в транспортном средстве: 1) рекуперативное торможение, 2) усреднение нагрузки и 3) первичный двигатель / первичный источник энергии. Третий предлагает только теоретическую вероятность, которая еще не была достигнута на основе ограничения плотности энергии FWs [150].Гибридные автомобили описываются как имеющие более одного источника энергии. Наиболее удобные гибридные конфигурации содержат первичный источник энергии, такой как двигатель внутреннего сгорания (ДВС), соединенный с устройством хранения энергии. В гибридных транспортных средствах FESS может быть подключен к механическим трансмиссиям для восстановления энергии торможения и обеспечения дополнительной мощности за счет ускорения. Размер FW и глубина разряда должны выбираться для конкретного применения, и это имеет прямое влияние на эффективность передачи.Во время ускорения в автомобильных транспортных средствах FESS с механическими трансмиссиями позволяет аргументировать мощность и рекуперативное торможение, хотя новый метод анализа и оптимизации для механических систем FW был предложен в [156]. Было показано, что современные FW, изготовленные из композитных материалов, сочетают в себе высокую удельную мощность и удельную энергию, что делает их применимыми для автомобильных систем рекуперативного торможения, а общий период зарядки составляет порядка 10 с [154,157,158]. FW с электрическими трансмиссиями может обеспечить более гибкую работу силовой передачи.Прямые бесступенчатые трансмиссии или бесступенчатые трансмиссии с разделением мощности для приложений FW были исследованы в [159–166]. В этих исследованиях размеру FW и глубине разряда были присвоены фиксированные значения. В [53] разработан FESS 100 кВт, основанный на методе векторного управления для гибридного автобуса. Стратегия пикового управления транспортным средством, используемая в этом исследовании, подходит для транзитного автобуса, и эта стратегия будет постоянно поддерживать высокий уровень заряда (SOC) FW, и гарантируется высокая производительность автобуса [167,168].Конструкция и оптимизация высокоскоростного FESS для грузовых автомобилей в городском движении FW были заменены между преобразователем DC / DC малой мощности (LP) и преобразователем BTB высокой мощности (HP), в котором преобразователь стороны LP обеспечивал постоянную мощность от батареи для Преобразователи на стороне FW и HP обеспечивали ускорение и энергию торможения [58]. Для параллельного гибридного электромобиля исследуется стабильность контура регулирования холостого хода (ISC), и контур ISC, рассматриваемый в этой статье, был успешно применен в промышленных стандартных электронных блоках управления в [169].Беркель и др. [170] предложили схему динамического моделирования для механической гибридной трансмиссии, которая поддерживает три гибридные функции для снижения расхода топлива: 1) эффективная работа двигателя, 2) рекуперация энергии торможения для последующего использования и 3) отключение двигателя во время остановки транспортного средства. . Результаты показывают, что при оптимальном управлении механической гибридной трансмиссией и, несмотря на относительно низкую емкость накопления энергии FW, можно достичь значительного накопления топлива от 18% до 35% благодаря выбранному ездовому циклу.Тот же автор и др. [171] представили схему исполняемого в реальном времени контроллера энергии для механической гибридной трансмиссии с FW, которая основана на оптимальном управлении. Драгичевич и др. . [172] исследовали дизайн станции быстрой зарядки постоянным током (FCS) для гибридных электромобилей (HEV), которая была подключена в удаленном месте. Номинальная мощность этой новейшей технологии может увеличиться до 100 кВт, и это показало серьезную проблему в системах распределения для принятия ее плат.В этом исследовании была представлена ​​стратегия балансировки мощности за счет локальной ESS. Низкоскоростной FW был выбран в качестве средства хранения энергии, поскольку он обеспечивает высокую удельную мощность. В этой статье был выполнен децентрализованный диспетчерский контроль. Для интерфейса сетки и FW в этом исследовании представлены ссылки на внутренние токовые контуры активных преобразователей. В этом документе также представлены две стратегии управления для противодействия негативному влиянию HEV FCS на электроэнергетику. Тот же автор и др. [142] предложили стратегию балансировки мощности для FCS с применением нового метода управления с помощью сигналов распределенной шины (DBS), который основан на низкоскоростной FESS.Предлагаемая стратегия была подробно разработана для зарядки только одного HEV, но ее можно просто разработать для поддержки нескольких HEV. Новый метод анализа и оптимизации механических систем FW был предложен в [156]. Операции электрического торможения показали, что двигатель создает электромагнитный момент, действующий против направления ротора. В основном существует три типа электрического торможения: динамическое торможение, рекуперативное торможение и торможение с помощью пробки. Регенеративное торможение широко применяется в FW и электромобилях с накопителями энергии [34, 173].Для управления ориентацией FW с малой индуктивностью BLDCM метод точного управления тормозным моментом был предложен в [174]. В этой статье, во-первых, точная оценка крутящего момента была достигнута благодаря оценке коэффициента крутящего момента, информация о гармониках которого была адаптирована нейтральной сетью и скорректирована по температуре. Во-вторых, гибридная структура управления тормозным моментом, которая объединяет торможение вилкой и динамическое торможение, была представлена ​​для достижения плавного и непрерывного крутящего момента. В-третьих, флуктуация крутящего момента, которая вызывается снижением напряжения питания во время динамического торможения, подавляется предполагаемой схемой управления прогнозирующим тормозным моментом.В-четвертых, большая пульсация тормозного момента, вызванная низким импедансом обмотки, высоким напряжением обмотки и модуляцией трехфазного инвертора во время торможения вилкой, была смягчена цифровым фильтром нижних частот и предлагаемой некоммутационной выборкой тока фазы. Кроме того, для каждого режима торможения были исследованы различные схемы модуляции ШИМ и наиболее применимые условия эксплуатации. Наконец, превосходство и достоверность предполагаемого метода управления тормозным моментом были подтверждены экспериментальными результатами на BLDCM, который применяется в FW управления ориентацией.

(PDF) КИНЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ, ОСНОВАННЫЕ НА МАХОВИКЕ (KERS), ВСТРОЕННЫЕ В ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА

2.6. Сцепление

Сцепление используется для соединения гибридной системы с маховиком и трансмиссией. Он включает систему, когда маховик

ускоряется из состояния покоя и расцепляется, когда маховик вращается, а автомобиль находится в состоянии покоя.

Крутящий момент передается через муфту между маховиком и автомобилем. Следовательно, мощность, передаваемая в системе маховика

, может регулироваться муфтой, которая может непрерывно управлять крутящим моментом.

3. Преимущества и недостатки гибридной системы с маховиком:

Как и все новые технологии, система KERS с маховиком имеет свои достоинства и недостатки.

К преимуществам относятся высокая эффективность, низкий расход топлива и низкая стоимость по сравнению с электрическими гибридами.

Несмотря на то, что система имеет несколько недостатков, большинство из них могут быть перевешены преимуществами. Одним из основных преимуществ

этой системы KERS является ее вес. Проблема с добавлением KERS к транспортному средству заключается в том, что вес системы

увеличит расход топлива транспортного средства и, в первую очередь, помешает цели ее установки.

Однако из-за облегченной конструкции маховика и сопутствующих компонентов дополнительный вес

незначителен при анализе топливной экономичности. Кроме того, система находится в компактном корпусе, что позволяет легко установить ее в задней части автомобиля. Еще одно преимущество — способность маховика эффективно накапливать энергию

. Это связано с отсутствием преобразования энергии из одной формы в другую, что значительно снижает

потерь энергии в системе.Испытания доказали, что KERS на основе маховика может восстанавливать и накапливать более 70% энергии автомобиля

[1]. Вероятно, единственные потери, которые происходят в системе, могут быть связаны с трением и сопротивлением воздуха

вращению маховиков. Однако упомянутые ранее магнитные подшипники и вакуумная камера

были разработаны для минимизации этих эффектов.

Система имеет низкие затраты на техническое обслуживание, так как снижает износ тормозов. Энергия передается от трансмиссии

к KERS, когда автомобиль замедляется.Когда эта энергия передается на маховик, маховик действует как тормоз

, замедляя транспортное средство, поскольку он восстанавливает энергию. Вместо выделения энергии в виде тепла, энергия восстанавливается на

. Этот процесс снижает износ тормозов.

Как и любая технология, маховик KERS имеет свои недостатки. Маховики

в системе рекуперации кинетической энергии могут накапливать до 400 кДж энергии, что означает, что отказ при вращении со скоростью

60 000 об / мин может привести к огромным повреждениям.Чтобы решить эту проблему, кожух маховика действует как камера сдерживания

в случае отказа. KERS на основе маховика не предназначен для использования в качестве автономного источника энергии

для транспортного средства, как аккумуляторы в электромобилях. Он предназначен для временного накопления энергии, которое будет использоваться

часто и в меньших количествах. Его цель — снизить расход топлива за счет обеспечения дополнительной мощности

во время разгона транспортного средства. Периоды разгона, особенно после остановки, — это периоды, когда КПД

автомобиля является самым низким.Это видно при сравнении расхода топлива при езде по городу и шоссе.

миль на галлон транспортного средства, путешествующего по городу, значительно ниже, чем мили на галлон транспортного средства на шоссе

. Схема «старт-стоп» при движении по городу требует постоянного изменения скорости, когда водители переходят от стоп-сигнала

к стоп-сигналу.

4. Заключение

Автомобили с системой рекуперации энергии на основе маховика, хотя и значительно дороже, чем автомобили

без этой системы, имеют большую мощность и лучшую топливную экономичность.Согласно сайту www.thegreencarwebsite.co, «система

может снизить расход топлива на целых 20% и обеспечить ускорение четырехцилиндрового двигателя, как шестицилиндровый двигатель

[7]». Это фактически означает, что автомобили с системой KERS с маховиком имеют лучшую топливную эффективность

и большую мощность, чем автомобили без системы KERS.

По словам Дерека Крабба, вице-президента инженерного подразделения Volvo по силовым агрегатам, Flywheel KERS

может снизить расход топлива до 20% [11].Это показывает, что известные автомобильные компании проводят много исследований и

опытно-конструкторских работ для внедрения этой системы в свое производство

автомобилей. Заявление Дерека также служит подтверждением эффективности системы. Компания «Flybrid» Systems имеет

работает с производителями автомобилей OEM, в том числе некоторыми известными компаниями, такими как Jaguar и BMW, над разработкой системы KERS

для дорожных автомобилей. Если цены на нефть продолжат расти, потребитель не прочь бы заплатить немного больше за автомобиль

с маховиком KERS, потому что он дает больше мощности и лучшую эффективность.Потребитель

сможет сэкономить на топливе достаточно денег, чтобы сделать его рентабельным.

Система KERS с маховиком обещает стать технологией будущего. Это делает каждый автомобиль на

мощнее и в то же время повышает топливную экономичность. Повышение топливной эффективности напрямую ведет к более чистой и экологичной окружающей среде. Снижает негативное воздействие на окружающую среду за счет уменьшения вредных выбросов CO2. Было обнаружено, что количество CO2, выбрасываемого при производстве одного маховика KERS, составляет

в течение первых 12000 км езды [4].Кроме того, в отличие от гибридного электромобиля, механический гибрид

на основе маховика не содержит вредных химических веществ, которые содержатся в аккумуляторах.

Thomas Mathews et al. / Международный журнал инженерных наук и технологий (IJEST)

Объяснение KERS

26 марта 2009 г. Чемпионат мира FIA Formula One 2009 начнется в эти выходные с первого раунда в Мельбурне, Австралия, где мы собираемся стать свидетелями наибольшего количества правил. изменения в истории спорта.Передние и задние крылья были значительно изменены по размеру и высоте, чтобы уменьшить аэродинамическое воздействие на автомобили, следующие друг за другом. Многие из аэродинамических «дополнений», добавленных командами в прошлом сезоне вокруг боковых опор, будут запрещены, и через 11 лет сликов с рифлеными шинами вернутся. Аэродинамические изменения включают в себя впервые в F1 регулируемые водителем передние закрылки.

Хотя никто в Формуле-1 публично этого не признает, этот вид спорта находится под давлением все более успешной гонки NASCAR, где постоянные прохождения и фотофиниши являются еженедельной нормой.Соревнования в гонках NASCAR завоевали огромные толпы зрителей в день гонок и глобальную телевизионную аудиторию, что принесло им огромный финансовый успех. Все изменения, внесенные в Формулу-1 в этом году, направлены на то, чтобы усилить захват и вернуть недавно сомнительный статус Формулы-1 как высшей серии автомобильных исследований и разработок в мире.

Изменения правил, которые нас больше всего интересуют, касаются внедрения системы рекуперации кинетической энергии (KERS), которая в конечном итоге сделает каждый будущий гоночный автомобиль Формулы-1 гибридом.KERS не является обязательным в 2009 году, но будет в 2010 году, и в результате некоторые команды, у которых нет шансов побороться за чемпионат 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 ограничительны. С этого сезона командам разрешено использовать KERS для получения 60 кВт энергии от задней оси автомобиля, что может быть сохранено в общей сложности до 400 кДж (111 ватт-час) энергии на круг для повторного использования в виде кнопка «Boost».Фактически система использует регенерацию для сбора и хранения энергии во время торможения, что позволяет водителям использовать 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, за исключением одной, выбрали электрическую гибридную систему, и только Williams впервые применила механическую систему с маховиком.

Фактически половина команд в сетке, в том числе лидеры Ferrari и Renault, выбрали систему Electric KERS, разработанную итальянским поставщиком электрооборудования Magnetti Marelli.Сама система довольно обычная, в ней используется один бесщеточный двигатель / генератор постоянного тока с жидкостным охлаждением (BLDC) мощностью 60 кВт, который работает при температуре около 120 ° C. Двигатель прикреплен к передней части 2,4-литрового V8 и приводится в действие редуктором. шестерню с коленвала.

В систему также входит блок управления KERS, отдельный от блока управления двигателем FIA, поставляемого Microsoft, с рабочей температурой, аналогичной температуре двигателя. Он установлен низко в боковом отсеке для охлаждения.Аккумуляторная батарея установлена ​​в нижней части топливного элемента и в случае Ferrari поставляется французским производителем литий-ионных аккумуляторов Saft.

Команды, которые будут использовать систему Magnetti Marelli в 2009 году, включают ранее упомянутую Ferrari и команду Toro Rosso, которой они поставляют моторы. Renault будет управлять системой Magnetti Marelli вместе со своей вспомогательной 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 работает над собственным KERS почти два года. Компания McLaren фактически разработала систему KERS в 1999 году. Марио Иллиен создал для Mercedes в 1999 году систему, в которой давление гидравлической жидкости использовалось для восстановления энергии, потерянной при торможении. Он обеспечил бы прирост мощности 45 л.с. на четыре секунды, но его можно было 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 середине 2007 года и объявила, что их система «готова к гонкам». Компания BMW протестировала ряд различных решений и проанализировала электрические, механические, гидравлические и даже пневматические системы. После нескольких месяцев исследований стало ясно, что только электрическая система может обеспечивать необходимую энергию, в то же время сочетая максимальную безопасность и, прежде всего, минимально возможный вес.В системе BMW KERS аккумуляторные батареи размещены в боковых отсеках для охлаждения, а блок управления установлен в правом боковом отсеке.

Компания Williams решила взять на себя задачу стать единственной командой в этой области, которая разработала систему маховика, и сделать это без ресурсов крупного производителя, стоящего за ними. Уильямс будет использовать двигатели Toyota, но чуть позже — о Toyota. 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. Сообщается, что система маховика все еще проходит стендовые испытания и еще не тестировалась на гусеницах. Это может привести к тому, что Williams не представит свой KERS до 7-го раунда чемпионата мира 2009 года, который состоится в Турции в начале июня.

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

Уже известно, что команда из Кельна будет участвовать в открытии сезона Гран-при Австралии без технологии повторного использования энергии, несмотря на то, что TF109 был оснащен работающим KERS во время тестирования. Были процитированы слова Toyota, которые считают, что KERS «примитивен» и не имеет отношения к гибридным системам дорожных автомобилей. Toyota заявляет, что они уже добились успеха с более продвинутой гибридной системой в своей Supra HV-R, с которой они выиграли 24-часовую гонку Токаши, опередив на 9 кругов второе место.Техническая разница между двумя системами огромна. В то время как KERS ограничен мощностью 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% всех тормозных усилий приходится на передние колеса, система Toyota может собирать намного больше энергии за круг.

Правила FIA удовлетворят желание Toyota о регенерации четырех колес, но им придется подождать до 2013 года.Правила KERS позволят увеличить лимит накопления энергии вдвое 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) за круг с 2013 года.

Toyota признала, что они были очень близки к тому, чтобы последовать за Honda из Формулы-1 в конце прошлого года, и были сообщения о том, что у Toyota есть амбиции участвовать в гонках своего гибрида в Ле-Мане. С учетом того, что в этом году в Ле-Мане вводятся гибридные правила, а системы маховиков запрещены, если правила разрешают четырехколесные гибридные системы, это может оказаться слишком заманчивым.В последний раз Toyota участвовала в Ле-Мане в 1999 году и заняла второе место, и теперь может надеяться, что гибридный гоночный автомобиль приведет их к победе. Команда Peugeot пользуется преимуществами новых гибридных правил Ле-Мана и внедрила гибридную систему Magnetti Marelli в свой спортивный прототип с дизельным двигателем 908 HY V12. Peugeot будет развивать 60 кВт (80 л.с.) до 20 секунд на круг.

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 правилах, включает водителя. Разница между фактическим и минимальным весом нивелируется за счет оптимального размещения балласта вокруг автомобиля. Традиционно это означает, что более тяжелый водитель оказался в невыгодном положении, поскольку у него было меньше балласта для балансировки автомобиля. Использование KERS еще больше снизит — за счет веса системы — количество доступного балласта. Чтобы не допустить, чтобы Формула 1 стала еще большим соревнованием жокеев, некоторые команды, такие как BMW, настаивают на увеличении минимального веса в будущем.Многие водители сообщают, что прилагают дополнительные усилия для снижения своего веса, хотя следует сказать, что все они очень легкие для начала.

В этом году водители будут особенно заняты в кабине, изучая, как лучше всего использовать новые системы. Поскольку KERS имеет всего 111 ватт-часов емкости для хранения энергии и всю энергию, поступающую от задней оси при торможении, может быть больше, чем несколько захватывающих моментов, когда на полпути через зону интенсивного торможения, когда аккумулятор полностью заряжается, задняя часть Тормозной баланс внезапно изменится, что может привести к нечетному вращению или двум.

Еще одним отвлекающим фактором является регулируемое переднее крыло водителя, которое, по предположениям многих, будет использоваться одновременно с кнопкой наддува KERS для кратковременного уменьшения сопротивления при прохождении маневра.

Безопасность

Большинство автомобилей Формулы-1 в 2009 году будут впервые иметь предупреждающие наклейки с надписью «Высокое напряжение». Изолированные перчатки и цветовое кодирование помогут защитить маршалов Формулы-1 от опасностей, связанных с новой технологией KERS, в то время как Puma разработала новую изолированную 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 касаться машины.

В июле 2008 года механик получил сильный удар, коснувшись рулевого колеса и боковой опоры автомобиля BMW F1, оснащенного прототипом KERS. После шести недель расследования команда определила, что удар был вызван высокочастотным переменным напряжением между двумя точками контакта, причина которого была прослежена до блока управления KERS и спорадической емкостной связи с высоковольтной сетью. к 12-вольтовой сети.Напряжение проходило через проводку 12-вольтовой сети к рулевому колесу и через карбоновое шасси обратно к блоку управления.

Анализ, помимо выявления проблемы и поиска решений, привел к другим рекомендациям по развитию электрических систем KERS. Среди принятых мер — изменения в конструкции блока управления, чтобы избежать эффектов емкостной связи, расширенные функции мониторинга для высоких частот и проводящее соединение компонентов шасси, чтобы избежать любого электрического потенциала.

The Electric Future

Следует поздравить FIA за то, что она стала первым в мире органом, санкционировавшим автоспорт, который представил гибридные системы в профессиональных гоночных сериях. Им действительно потребовалось время, чтобы осознать тот факт, что команды, проводящие так много времени в аэродинамических трубах, означало, что команды-победители должны были владеть одной или двумя собственными, фактор, который стал все более неуместным для любого типа дорожного автомобиля. применение. Теперь, когда упор делается на то, чтобы задействовать лучших и самых талантливых в разработке электрических гибридных технологий, мы определенно можем с нетерпением ждать, чтобы увидеть, какой эффект может повлиять на технологию электромобилей горячее соревнование гонок Формулы 1.

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 в Мельбурне6:

Большой вопрос: будут ли гонки более захватывающими? Сообщите нам свои мысли в разделе комментариев … и посмотрите видео Red Bull, объясняющее новые правила и KERS ниже.
Пол Эванс

KERS Hybrid Electric Technologies — Go-Fast Green-Tech

Вероятно, неудивительно услышать, что я не большой поклонник бытовых гибридов, которые разбросаны по дорожкам HOV по всему миру.Не поймите меня неправильно, я люблю Матушку-Землю так же сильно, как и все остальные, но, с моей точки зрения, математика никогда не складывалась в отношении электромобилей или даже гибридов. Насколько я могу судить, настоящая стоимость производства этих типов транспортных средств и стоимость их покупки таковы, что для владельцев нет реальной экономии (по крайней мере, в первые несколько лет владения), плюс они мало что делают для уменьшите свой углеродный след, приняв во внимание производственные процессы (вы знаете, потому что изготовление и утилизация батарей — грязное дело).Единственное, что меня привлекает в большинстве гибридных и электромобилей, — это то, что они являются полезными испытательными площадками для будущих технологий, которые позволят создать не отстойные электромобили и HEV.

И под «не сосать» я имею в виду быструю и увлекательную езду, и в этом отношении произошли некоторые интересные разработки, касающиеся использования электродвигателей, аккумуляторных блоков и систем рекуперации кинетической энергии (KERS) в последней в мире партии продукции. гиперкаров, а именно Porsche 918 Spyder, Ferrari LaFerrari (худшее… имя… когда-либо!) и McLaren P1.Все три эти мега-долларовые скоростные машины оснащены чрезвычайно мощными двигателями внутреннего сгорания, но у них также есть электродвигатели на борту, чтобы обеспечить еще большую производительность и, по крайней мере, немного экологичности.

Фактически, вы можете управлять Porsche и McLaren в полностью электрическом режиме (хотя и не особенно быстро), а с их системами рекуперативного торможения KERS аккумуляторы для электродвигателей можно заряжать с помощью педали тормоза, а не только розетка в вашем гараже.Ладно, не в вашем гараже, а в гараже какого-нибудь нефтяного шейха. Поговорим об иронии. В любом случае цель этих новых гиперкаров не в том, чтобы водить их в электронном режиме; нужно использовать дополнительную энергию, обеспечиваемую электродвигателями, чтобы двигаться быстрее. Лично мне нравится подход Ferrari, в котором они не делают вид, что LaFerrari — это электромобиль, и, следовательно, не обеспечивают режим работы только с электричеством. Вместо этого они используют систему KERS, производную от F1, для увеличения мощности на 161 л.с., плюс они разработали ее для снижения электронного крутящего момента на низких оборотах в диапазоне оборотов, чтобы газовый двигатель V12 мог больше ориентироваться на работу на высоких оборотах (9250 об / мин, кто-нибудь?).

Конечно, это хорошо и приятно видеть мегадолларовые гиперкары, использующие электродвигатели и KERS для повышения производительности и небольшого уменьшения углеродного следа, но что насчет нас, обычных Джо? Начнем ли мы видеть это более ориентированное на производительность использование гибридных технологий на автомобилях, которые мы действительно можем себе позволить? Если верить мельнице слухов, ответ — да. Но прежде чем перейти к этому, давайте кратко рассмотрим, как работает KERS и почему это захватывающая технология для таких быстрых гиков, как вы и я.

KERS на самом деле является технологией «просачивания вниз» из Формулы 1, идея которой заключается в том, что она будет поощрять обгон, давая водителям прирост мощности на 80 л.с. в течение чуть менее 7 секунд на круг, что они могут использовать по своему усмотрению. Кроме того, F1 хотела, чтобы ее рассматривали как способствующую развитию экологически чистых и связанных с дорожными автомобилями технологий.

Существует три подхода к KERS, наиболее популярным из которых является использование аккумуляторов в качестве резервуара для хранения кинетической энергии, поступающей от тормозной системы, но есть также механические версии, в которых небольшой маховик используется для хранения энергии, а также гидравлические системы, в которых нарастание давления — это метод накопления.

Независимо от системы хранения, все системы KERS основаны на рекуперации энергии путем подключения электродвигателя-генератора к тормозам, так что сначала он используется для замедления автомобиля.Когда водитель открывает дроссельную заслонку, сопротивление электродвигателя вращению замедляет автомобиль (традиционная тормозная система выполняет остальную часть торможения), а вращение электродвигателя действует как генератор, который восстанавливает кинетическую энергию вращения колес.

В большинстве систем F1 KERS на сегодняшний день используются высоковольтные литий-ионные аккумуляторы, а другими основными компонентами системы являются электродвигатель-генератор, который связывает двигатель и тормозные системы, а также центральный процессор, который контролирует зарядку и высвобождение эта энергия.Например, компания Magneti Marelli, разработавшая систему Ferrari F1, использует карданный вал для соединения электродвигателя-генератора с тормозами и двигателем. При торможении карданный вал раскручивает электродвигатель и заряжает батареи, а затем при ускорении карданный вал вращается в противоположном направлении и отправляет накопленную в батарее энергию обратно через электродвигатель в двигатель внутреннего сгорания.

В F1 электроэнергия должна подаваться на задние колеса в равных пропорциях, но на дорожных автомобилях таких ограничений нет. Так, например, новый Porsche 918 Spyder имеет на борту два электродвигателя: двигатель мощностью 154 л.с., который приводит в движение задние колеса параллельно с двигателем, а также служит главным генератором, и двигатель мощностью 125 л.с., который напрямую приводит в движение переднюю ось (электрический сцепление отключает передний мотор, когда он не используется).Итак, как видите, существует множество творческих способов использования системы KERS на дорожных автомобилях. Porsche 918, по сути, становится машиной с полным приводом, когда включаются передние электродвигатели. Насколько это круто?

Говоря о холоде, одна из самых больших проблем с электрическими системами KERS заключается в том, что литий-ионные батареи сильно нагреваются. В качестве решения этой проблемы BMW и Toyota использовали суперконденсаторы вместо батарей, Toyota использовала их в своих гоночных автомобилях ’12 Le Mans Prototype, которые в конце прошлого сезона превзошли Audi R18 e-Tron.

Это подводит меня к одному из самых интригующих слухов 2012 года: главный инженер Toyota GT86 Тецуя Тада намекнул, что автомобиль может получить систему KERS для увеличения мощности двигателя. Тада сказал: «Я думаю, что 300 л.с. с турбонаддувом и 200 г / км CO2 были бы безвкусными в наши дни. А турбо означало бы потерю уникальности GT86. Мы ждем сюрприза, чего-то уникального. Например, гибрид следующего поколения … больше похожий на прототип TS030 Le Mans. Мы изучаем такую ​​возможность.

Фактически, у Toyota есть установленный и работающий прототип GT86 с KERS, но подробности о его системе и характеристиках все еще неизвестны. Однако Тада сказал следующее: «Toyota хочет сделать вещи доступными. [Супер-] конденсатор — это подходящая технология, но он не такой легкий, как вы думаете, и он дорогой ». Это будет означать аккумуляторную батарею вместо суперконденсатора, и Тада продолжил, что промышленность электроники развивается большими темпами, что также подразумевает, что аккумуляторная батарея, вероятно, будет подходом, который компания примет.Компания Toyota объявила о том, что она представит концепцию Hybrid R на автосалоне во Франкфурте в 2013 году, призванную «вывести технологию Toyota Hybrid System-Racing на дороги», поэтому к тому времени, как вы это прочтете, должна появиться дополнительная информация об их подходе.

Для тех из вас, кто думает, что система KERS с батареями добавит тонну веса FR-S и убьет его удивительную динамику управления, я бы не потерял из-за этого сон.Электрические системы KERS F1 мощностью 80 л.с. весят всего около 75 фунтов, а с возможностью установки аккумуляторов низко и централизованно в шасси (предположительно под задними сиденьями или под днищем пола) общий эффект должен быть незначительным.

Это может быть не традиционный подход, предусматривающий увеличение числа оборотов и компрессия (на котором FA20 уже достаточно хорошо отработал) или добавление принудительной индукции (что Toyota явно считает менее экологически чистым подходом), но вы должны признать, что использование Система KERS для повышения производительности такого автомобиля, как GT86 / FR-S / BRZ, — интригующая и убедительная идея.

Я предполагаю, что реальный вопрос заключается в том, как далеко будет FR-S с KERS и насколько дорого он будет стоить? Если какой-либо производитель автомобилей может позволить себе субсидировать эту технологию как способ продвижения более экологичного и быстрого решения, так это Toyota. А поскольку компания уже владеет 80% рынка гибридных автомобилей, добавление гибридного варианта, ориентированного на производительность, только еще больше продемонстрирует мастерство Toyota в этом типе технологий. Если цена подходящая, гибрид FR-S будет давать энтузиастам, которые хотят работать быстрее, жизнеспособную и не вызывающую вины альтернативу принудительной индукции.

Volvo тестирует маховики с рекуперацией кинетической энергии KERS для своей линейки

Volvo кажется маловероятным автопроизводителем, который исследует использование маховиков с рекуперацией кинетической энергии в своих пешеходных автомобилях, но компания, традиционно ориентированная на безопасность, действительно работает над тем, чтобы внедрить технологию Формулы-1 в свои автомобили. Volvo вместе с Porsche и его гибридным гоночным автомобилем GT3 R использует систему рекуперации кинетической энергии (KERS), которая использует энергию маховика, вращающегося на высокой скорости, за счет рекуперации энергии торможения, чтобы помочь двигателю автомобиля во время разгона.

В системе Volvo маховик механически соединен и отсоединен от задней оси с помощью бесступенчатой ​​трансмиссии. Вариатор включает маховик, когда автомобиль замедляется, раскручивая его до 60000 об / мин, затем разъединяет маховик, когда автомобиль останавливается, и, наконец, повторно соединяет вращающийся маховик с задними колесами, когда автомобиль ускоряется от остановки. Механическая безмоторная установка Volvo на заднем мосту уникальна по сравнению с подходом Porsche к KERS, который полагается на мотор-генераторы для раскрутки маховика, восстановления его энергии и передачи этой энергии обратно движению автомобиля вперед.(Подробнее о системе в гибриде 911 GT3 R читайте здесь.) Volvo утверждает, что ускорение маховика не только способствует экономии топлива, но и повышает производительность, обеспечивая до 80 дополнительных лошадиных сил, когда маховик и двигатель объединяются.

Поскольку маховик не вращается вечно — законы физики не могут быть нарушены, поэтому он со временем теряет инерцию вращения — система KERS наиболее эффективна при движении с остановками и движением, когда каждая остановка может вращать маховик, что может затем можно использовать для возобновления движения автомобиля в течение короткого периода времени.Volvo осознает ситуативные ограничения системы KERS, поэтому постаралась сделать маховик максимально эффективным. Это означает, что маховик изготовлен из углеродного волокна, что делает его легче — маховик диаметром 7,84 дюйма весит всего 13 фунтов — и увеличивает его вращательную способность. Маховик вращается в вакууме, чтобы минимизировать потери на трение. Volvo планирует начать испытания своей установки KERS на своих автомобилях во второй половине 2011 года и уверена, что сможет снизить расход топлива до 20%, одновременно давая четырехцилиндровому двигателю преимущество перед шестицилиндровым.