Понедельник, 21.08.2017, 00:11
Регистрация RSS
Приветствую Вас, Гость
Статистика



Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Мини-чат
Ресурсы

Канал YOUTUBE autoscienceAiD

Профиль Google+ Autoscience

Группа Вконтакте Autoscience

Главная » 2016 » Декабрь » 14 » Система Керс (KERS) в болидах гонок Формула-1
15:13
Система Керс (KERS) в болидах гонок Формула-1

KERS (Kinetic Energy Recovery System) - это система рекуперации кинетической энергии.

Энергия, которая была потрачена на разгон автомобиля, может быть преобразована в тепло в тормозных системах  при торможении. Эта энергия бесполезно рассеивается в окружающей среде, и задача системы рекуперации заключается в преобразовании этой энергии в кинетическую.

Одним из первых изобретений был маховик, который вращался в вакуумной камере. При торможении маховик раскручивался и вращался до тех пор, пока гонщик не нажимал на кнопку KERS и не отбирал энергию с маховика для разгона автомобиля.

Так же был разработан гидравлический вариант системы. В этой системе роль накопителя кинетической энергии выполняла гидравлическая жидкость, которая сильно сжималась при торможении. Затем стравливая давление можно было получить дополнительную энергию для разгона. Эта система совсем не прижилась в современных автомобилях.

В 2009 году на болиде Ferrari F60 была установлена более современная система рекуперации, которая накапливала энергию в электрических аккумуляторах и в нужный момент использовала ее для разгона.

 

Система KERS имеет несколько ключевых элементов (рис. 1):

Рис.1. Схема расположения элементов электрической системы KERS

  • Мотор/генератор - электрический двигатель, который может работать в режиме  генератора (то есть вырабатывать энергию, отбирать кинетическую энергию с вала двигателя и превращать ее в электрическую), а так же в  режиме мотора (превращать электрическую энергию во вращательную и передавать ее на вал двигателя).
  • CPU (Electronic Control Unit) - центральный процессор или блок управления системой КЕРС. Контроллер занимается зарядкой и разрядкой аккумуляторов, включения и выключения электродвигателя. По сути это мозг всей системы, он следит за состоянием батарей (за их зарядом) и за состоянием мотора (не допускает перегрузки). Так же именно этот блок следит за температурой всех элементов.
  • Battery Pack - Набор литий-ионных батарей. Расположены они обычно под сидением пилота (в центре кузова), для правильной развесовки автомобиля. По непроверенным данным набор аккумуляторов выдает 400 В и 700 - 800 A, при этом имеет массу около 25 -30 кг. Эта масса добавляется к минимально установленной массе болида (605 кг) по правилам проведения гонок. Это необходимо для того, чтобы как можно больше энергии в момент торможения преобразовать в кинетическую энергию.Основным недостатком аккумуляторов является то что они не могут быстро накапливать заряд, при быстрой зарядке зачастую их структура разрушается и они больше не могут выполнять свои функции.
  • Kers Button - кнопка управления системой. Расположена она на руле пилота формулы-1. На старте пилот активирует систему и она начинает работать только при преодолении порога скорости в 100 км/ч.

Циклы работы системы KERS

  • Накопление энергии - При торможении от задних ведущих колес через привод двигателя кинетическая энергия передается на вал Мотор/генератора (рис. 2). Тот в свою очередь передает энергию на главный блок управления KERS, который распределяет электрическую энергию по батареям.
  • Использование накопленной энергии - при разгоне, когда пилоту необходимо использовать дополнительную энергию он нажимает на кнопку. Кнопка в свою очередь передает сигнал на блок управления, который подключает батареи напрямую к Мотор/генератору. Мотор преобразует электрическую энергию во вращающий момент и передает усилие на вал двигателя.

Рис. 2. Порядок работы системы KERS и всех ее ключевых элементов

 

В болидах так же присутствует гидравлическая система которая отключает и подключает привод Мотор/генератора к основному валу двигателя через передаточные шестерни.

Сделано это примерно так же как и в обычных автомобилях со стартером. При нажатии кнопки шкив Мотор/генератора выдвигается и входит в сцепление с шестернями передачи двигателя. После использования KERS, шкив Мотор/генератора возвращается на место в состояние - когда он не подключен к общей системе привода.

Гидравлика позволяет экономить энергию, которая тратится на вращающие моменты при подключенном Мотор/генераторе, который в отключенном состоянии бесполезен.

При подключении электро двигателя используется соотношение оборотов 1:2. При максимальных оборотах основного двигателя (18000 оборотов), генератор вращается на скорости 36000 оборотов. Это необходимо для использования высокооборотистых электродвигателей с  меньшей массой и высоким крутящим моментом. При таком соотношении шестерени электродвигателю проще вращать основной двигатель, и конечно на высоких оборотах и на низком передаточном числе его очень трудно остановить.
 

На сегодняшний день в гонках используется KERS который может выдать мощность в  60кВт  примерно 400 кДж или 80 лошадиных сил за 6,67  в течении одного круга. Себастьян Феттель объяснил в красивом видео - как работает KERS вместе со специальным крылом на гонках формула-1.

Только система KERS дает преимущество в 0.1 - 0.4 секунды на круге. Эти цифры кажутся незначительными, однако на гонках это значительное время.


Системы рекуперации энергии обязательно будут все больше развиваться и выдавать все больше мощности при меньшем весе.
Скорее всего стоит ожидать и прорывов в разработках аккумуляторных батарей.

Судьбу таких новейших технологий так же решит вопрос безопасности. Аккумуляторы работают при больших напряжениях и могут быть опасны. При первых испытаниях электрического KERS был травмирован техник команды Вильямс - его ударило током от корпуса болида и он попал в больницу.

Так же перегрев батарей или двигателя всегда могут стать причиной возгорания в болиде, а значит могут быть угрозой жизни и здоровью пилота

.
Особенно это опасно учитывая то, что для правильно развесовки автомобиля, часто аккумуляторные батареи располагаются под сидением водителя в центре кузова.

 

Просмотров: 342 | Добавил: gushingu2012 | Теги: керс, Формула 1, KERS | Рейтинг: 2.5/2
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]