Система рекуперации кинетической энергии
Система рекуперации кинетической энергии ( KERS ) – это автомобильная система, предназначенная для рекуперации движущегося средства транспортного кинетической энергии при торможении . Восстановленная энергия сохраняется в резервуаре (например, маховике или высоковольтных батареях) для последующего использования при ускорении. Примеры включают сложные системы высокого класса, такие как Zytek , Flybrid, [ 1 ] Тортрак [ 2 ] [ 3 ] и Xtrac, используемые в гонках Формулы-1 , а также простые, легко изготавливаемые и интегрированные системы на основе дифференциала , такие как кембриджская система рекуперации кинетической энергии для легковых и коммерческих автомобилей (CPC-KERS).
Xtrac и Flybrid являются лицензиатами технологий Torotrak, в которых используется небольшая и сложная вспомогательная коробка передач, включающая бесступенчатую трансмиссию (CVT). CPC-KERS аналогичен, поскольку он также является частью трансмиссии. Однако весь механизм, включая маховик, полностью расположен в ступице автомобиля (выглядит как барабанный тормоз ). В CPC-KERS дифференциал заменяет вариатор и передает крутящий момент между маховиком, ведущим колесом и опорным катком.
Использование в автоспорте
[ редактировать ]История
[ редактировать ]Первой из этих систем, которая была представлена, была Flybrid. [ 4 ] Эта система весит 24 кг (53 фунта) и имеет энергоемкость 400 кДж с учетом внутренних потерь. максимальный прирост мощности 60 кВт (81,6 л.с. Доступен , 80,4 л.с.) за 6,67 секунды. Маховик диаметром 240 мм (9,4 дюйма) весит 5,0 кг (11 фунтов) и вращается со скоростью до 64 500 об/мин. Максимальный крутящий момент на маховике составляет 18 Нм (13,3 фут-фунта), а крутящий момент на соединении коробки передач соответственно выше при изменении скорости. Система занимает объем 13 литров. [ 4 ]
Уже в 2006 году первая система KERS на основе суперконденсаторов была изучена в EPFL (Федеральная политехническая школа Лозанны) в рамках разработки «Формулы S2000». Система мощностью 180 кДж была разработана в сотрудничестве с другими институтами (Мультифизическое моделирование гибридной двигательной установки для применения в гоночных автомобилях, А. Руфер, П. Баррад, М. Корревон и Ж.-Ф. Вебер, IAMF EET-2008: European Ele -Drive Conference, Международный форум продвинутой мобильности, Женева, Швейцария, 11–13 марта 2008 г.).
Сообщалось о двух незначительных инцидентах во время тестирования различных систем KERS в 2008 году . Первый произошел, когда команда Red Bull Racing впервые протестировала свою батарею KERS в июле: она вышла из строя и вызвала пожар, который привел к эвакуации завода команды. [ 5 ] Второй произошел менее чем через неделю, когда механик BMW Sauber получил удар током, когда он коснулся Кристиана Клиена автомобиля , оснащенного системой KERS, во время тестов на трассе в Хересе . [ 6 ]
Формула-1
[ редактировать ]Формула-1 заявила, что поддерживает ответственные решения мировых экологических проблем. [ 7 ] а FIA разрешила использование KERS мощностью 60 кВт (82 л.с., 80 л.с.) в регламенте сезона Формулы-1 2009 года . [ 8 ] Команды начали тестировать системы в 2008 году: энергия может храниться либо в виде механической энергии (как в маховике), либо в виде электрической энергии (как в батарее или суперконденсаторе ). [ 9 ]
С введением KERS в сезоне 2009 года только четыре команды использовали его в какой-то момент сезона: Ferrari , Renault , BMW и McLaren . В конце концов, по ходу сезона Renault и BMW перестали использовать эту систему. Ник Хайдфельд был первым гонщиком, занявшим подиум на автомобиле, оборудованном KERS, на Гран-при Малайзии. McLaren Mercedes стала первой командой, выигравшей Гран-при Формулы-1 на автомобиле, оборудованном KERS, когда Льюис Хэмилтон выиграл Гран-при Венгрии 26 июля 2009 года. Их второй автомобиль, оборудованный KERS, финишировал пятым. В следующей гонке Льюис Хэмилтон стал первым гонщиком, занявшим поул-позицию на автомобиле KERS, а его товарищ по команде Хейкки Ковалайнен занял второе место в квалификации. Это также был первый экземпляр первого ряда, полностью построенный на KERS. 30 августа 2009 года Кими Райкконен выиграл Гран-при Бельгии на своем Ferrari, оборудованном KERS. Это был первый случай, когда KERS непосредственно способствовал победе в гонке: Джанкарло Физикелла, занявший второе место , заявил: «На самом деле я был быстрее Кими. Он взял меня только из-за KERS в начале». [ 10 ]
Хотя KERS все еще был легален в Формуле-1 в сезоне 2010 года, все команды согласились не использовать его. [ 11 ] Новые правила сезона Формулы-1 2011 года, согласно которым минимальный предел веса автомобиля и водителя повышен на 20 кг до 640 кг. [ 12 ] Вместе с тем, что команды FOTA еще раз согласились использовать устройства KERS, это означало, что KERS вернулся в сезон 2011 года. [ 13 ] Использование KERS по-прежнему было необязательным, как и в сезоне 2009 года; и в начале сезона 2011 года три команды решили не использовать его. [ 14 ]
WilliamsF1 разработала собственную систему KERS на базе маховика, но решила не использовать ее в своих автомобилях Формулы-1 из-за проблем с компоновкой, а вместо этого разработала собственную электрическую систему KERS. Однако для продажи своих разработок они создали компанию Williams Hybrid Power. В 2012 году было объявлено, что гибридные автомобили Audi Le Mans R18 будут использовать Williams Hybrid Power. [ 15 ]
С 2014 года мощность агрегатов KERS была увеличена с 60 киловатт (80 л.с.) до 120 киловатт (160 л.с.). Это было введено, чтобы сбалансировать переход от 2,4-литровых двигателей V8 к 1,6-литровым двигателям V6 с турбонаддувом. [ 16 ]
Рабочая схема KERS
[ редактировать ]
Производители автозапчастей
[ редактировать ]
Bosch Motorsport Service разрабатывает систему KERS для использования в автогонках. Эти системы накопления электроэнергии для гибридных функций и функций двигателя включают в себя литий-ионную батарею масштабируемой емкости или маховик, электродвигатель от четырех до восьми килограммов (с максимальным уровнем мощности 60 кВт (81 л.с.)), а также контроллер KERS. для управления питанием и аккумулятором. Bosch также предлагает ряд электрических гибридных систем для коммерческого и легкового транспорта. [ 17 ]
Производители автомобилей
[ редактировать ]Несколько автопроизводителей тестируют системы KERS. [ 18 ] На дистанции 1000 км в Сильверстоуне в 2008 году компания Peugeot Sport представила Peugeot 908 HY , гибридный электрический вариант дизельного 908 с KERS. Peugeot планировала выставить машину в сезоне серии Ле-Ман 2009 года , хотя ей не удалось набрать чемпионские очки. [ 19 ]
McLaren начала тестирование своей системы KERS в сентябре 2008 года в Хересе в рамках подготовки к сезону Формулы-1 2009 года , хотя на тот момент еще не было известно, будет ли они использовать электрическую или механическую систему. [ 20 ] В ноябре 2008 года было объявлено, что Freescale Semiconductor будет сотрудничать с McLaren Electronic Systems для дальнейшей разработки KERS для автомобилей McLaren Формулы-1, начиная с 2010 года. Обе стороны считали, что это сотрудничество улучшит систему KERS McLaren и поможет системе перенести ее технологию на дорожные автомобили. [ 21 ]
Toyota использовала суперконденсатор для регенерации на своем гибридном гоночном автомобиле Supra HV-R , который выиграл 24-часовую гонку на выносливость Токачи в июле 2007 года. Эта Supra стала первым гибридным автомобилем в истории автоспорта, выигравшим такую гонку. [ 22 ]
На выставке NAIAS 2011 представила компания Porsche вариант RSR своего концепт-кара Porsche 918 , в котором используется KERS на базе маховика, который расположен рядом с водителем в пассажирском салоне и усиливает работу сдвоенных электродвигателей, приводящих в движение передние колеса, и бензинового двигателя V8 мощностью 565 л.с. задняя часть с общей выходной мощностью 767 л.с. Эта система имеет множество проблем, включая дисбаланс, возникающий в автомобиле из-за маховика. Porsche в настоящее время разрабатывает систему электрического хранения. [ 23 ]
В 2011 году Mazda анонсировала i-ELOOP, систему, которая использует генератор переменного напряжения для преобразования кинетической энергии в электрическую во время замедления. Энергия, запасенная в двухслойном конденсаторе , используется для питания электрических систем автомобиля. Компания заявляет, что при использовании совместно с системой старт-стоп Mazda i-Stop экономия топлива достигает 10%. [ 24 ]
Bosch и PSA Peugeot Citroën разработали гибридную систему, в которой гидравлика используется для передачи энергии в бак со сжатым азотом и обратно . Заявлено снижение расхода топлива до 45%, что соответствует 2,9 л/100 км (81 миль на галлон, 69 г CO 2 /км) по циклу NEDC для такой компактной рамы, как Peugeot 208 . Утверждается, что эта система гораздо более доступна, чем конкурирующие электрические системы и системы с маховиком, и ожидалось, что она появится на дорожных автомобилях к 2016 году, но от нее отказались в 2015 году. [ 25 ] [ 26 ]
В 2020 году FIAT запустил серию FIAT Panda с технологией KERS. мягкого гибрида [ 27 ]
Мотоциклы
[ редактировать ]KTM Руководитель гонок Харальд Бартол рассказал, что завод участвовал в гонках с секретной системой рекуперации кинетической энергии, установленной на мотоцикле Томоёси Коямы , во время гонки 125 куб.см на Гран-при мотоциклов Валенсийского сообщества 2008 года . Кояма финишировал 7-м. [ 28 ] Позже система была признана незаконной и поэтому запрещена. [ нужна ссылка ] Электрический мотоцикл Lit C-1 также будет использовать KERS в качестве системы рекуперативного торможения. [ 29 ]
Велосипеды
[ редактировать ]KERS также возможен на велосипеде. Агентство по охране окружающей среды в сотрудничестве со студентами Мичиганского университета разработало гидравлическую систему рекуперативного торможения (RBLA). [ 30 ]
Это также было продемонстрировано путем установки маховика на раму велосипеда и соединения его с вариатором к заднему колесу. Переключая передачу, 20% кинетической энергии можно сохранить в маховике, готовом обеспечить ускорение при переключении передачи. [ 31 ]
Гонки
[ редактировать ]Автомобильный клуб de l'Ouest , организатор ежегодных соревнований «24 часа Ле-Мана» и серии Ле-Ман пропагандирует использование систем рекуперации кинетической энергии в классе LMP1 . , с конца 2000-х годов [ 32 ] Peugeot был первым производителем, представившим полностью функциональный автомобиль LMP1 в форме 908 HY на гонке Autosport 1000 км 2008 года в Сильверстоуне. [ 33 ]
гонке «24 часа Ле-Мана» 2011 года В Hope Racing выступила с механическим автомобилем KERS Flybrid Systems, став первым автомобилем, когда-либо участвовавшим в соревнованиях с гибридом. Система состояла из высокоскоростных проскальзывающих муфт, которые передают крутящий момент на автомобиль и от него, соединенных с маховиком, вращающимся на 60 000 об/мин. [ нужна ссылка ]
Audi и Toyota разработали автомобили LMP1 с системами рекуперации кинетической энергии для гонок «24 часа Ле-Мана» 2012 и 2013 годов. В Audi R18 e-tron quattro используется система на основе маховика , а в Toyota TS030 Hybrid — система на основе суперконденсатора . Когда компания Porsche объявила о своем возвращении в Ле-Ман в 2014 году, она также представила автомобиль LMP1 с системой рекуперации кинетической энергии. Porsche 919 Hybrid , представленный в 2014 году, использует аккумуляторную систему, в отличие от предыдущего Porsche 911 GT3 R Hybrid, в котором использовалась система маховика.
Использование в общественном транспорте
[ редактировать ]Лондонские автобусы
[ редактировать ]KERS с маховиком из углеродного волокна, первоначально разработанный для гоночной команды Williams Formula One , был модифицирован для модернизации существующих лондонских двухэтажных автобусов . 500 автобусов Go-Ahead Group будут оснащены этой технологией в период с 2014 по 2016 год, что, как ожидается, повысит топливную экономичность примерно на 20%. [ 34 ] Команда, разработавшая эту технологию, была награждена Трофеем Дьюара Королевского автомобильного клуба в 2015 году. [ 35 ]
Парри, движущая сила людей
[ редактировать ]Вагоны Parry People Mover для движения используют небольшой двигатель и большой маховик. Система также поддерживает рекуперативное торможение. [ 36 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ ТОО «Флайбрид Системс» (10 сентября 2010 г.). «Флайбрид Системс» . Флайбридные системы. Архивировано из оригинала 13 июля 2010 г. Проверено 17 сентября 2010 г.
- ^ «Торотрак.com» . www77.torotrak.com . Архивировано из оригинала 29 июня 2010 года.
- ^ «Торотрак, Xtrac и CVT в формате PDF» (PDF) . Архивировано из оригинала 3 марта 2012 г. Проверено 17 сентября 2010 г.
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б «F1 КЕРС: Флайбрид» . Гоночная инженерия. 18 ноября 2008 г. Проверено 15 июня 2014 г.
- ^ «Отказ KERS вызвал панику в Red Bull » Автоспорт . 17 июля 2008 года . Проверено 22 июля 2008 г.
- ^ «Механику BMW удалось избежать страха KERS» . Автоспорт . 22 июля 2008 года . Проверено 22 июля 2008 г.
- ^ «Команды комментируют экологическое будущее Формулы-1» . Международная автомобильная федерация. 8 октября 2008 года. Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 года . Проверено 14 января 2009 г.
- ^ «Технический регламент Формулы-1 2009» (PDF) . Международная автомобильная федерация. 22 декабря 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 25 июня 2008 г. . Проверено 22 декабря 2006 г.
- ^ Руководство FIA (22 декабря 2006 г.). «ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ ФОРМУЛЫ-ОДИН 2009 ГОДА» (PDF) . Международная автомобильная федерация. Архивировано из оригинала (PDF) 25 июня 2008 года . Проверено 8 июля 2008 г.
- ^ Уятт, Крис (30 августа 2009 г.). «Райкконен выигрывает захватывающую дуэль в Спа» . Би-би-си . Проверено 30 августа 2009 г.
- ^ «Системы рекуперации кинетической энергии (KERS)» . Формула Один. Архивировано из оригинала 6 июля 2010 года . Проверено 14 августа 2010 г.
- ^ «Регулируемые задние крылья среди подтвержденных изменений 2011 года» . Формула 1. Архивировано из оригинала 22 декабря 2011 года . Проверено 30 апреля 2021 г.
- ^ Бенсон, Эндрю (23 июня 2010 г.). «Изменения, внесенные в F1l» . Би-би-си . Проверено 23 июня 2010 г.
- ^ «Команда Lotus, Virgin, HRT F1 начнет 2011 год без KERS» . Автоэволюция. 28 января 2011 г. Проверено 1 июня 2011 г.
- ^ «Audi представляет в Мюнхене гибрид R18 e-tron quattro» . Автоспорт . 29 февраля 2012 года . Проверено 31 августа 2018 г.
- ^ «Формула-1 откладывает внедрение «зеленых» двигателей до 2014 года» . Би-би-си. 29 июня 2011 г. Проверено 27 июня 2011 г.
- ^ «Bosch разрабатывает модульные системы KERS для различных применений в автоспорте» . Конгресс зеленых автомобилей. 18 ноября 2008 г. Проверено 27 апреля 2010 г.
- ^ http://www.carmondo.de/blog/2008/07/03/honda-und-bmw-mit-formel-1-hybriden/ (на немецком языке)
- ^ «Пежо Спорт Гибрид» . Гоночная инженерия. 13 сентября 2008 г. Архивировано из оригинала 13 января 2009 г. Проверено 13 сентября 2008 г.
- ^ Лоуренс Батчер (18 сентября 2008 г.). «F1 KERS; McLaren на пути к KERS | People» . Гоночная инженерия. Архивировано из оригинала 22 сентября 2008 г. Проверено 14 августа 2010 г.
- ↑ McLaren будет работать с Freescale на KERS 12 ноября 2008 г.
- ^ «Гибридный гоночный автомобиль Toyota выигрывает 24-часовую гонку Токачи; внутриколесные двигатели и суперконденсаторы» . Конгресс зеленых автомобилей. 17 июля 2007 г. Проверено 17 сентября 2010 г.
- ↑ 918 RSR: есть маховик, будет участвовать в гонках, 10 января 2011 г.
- ^ Курт Эрнст. Система рекуперативного торможения Mazda заменяет аккумуляторы конденсаторами . 2011 год
- ^ «PSA Peugeot Citroën и Bosch разрабатывают гидравлическую гибридную трансмиссию для легковых автомобилей; снижение расхода топлива на 30 % в режиме NEDC, до 45 % в городских условиях; применение в B-сегменте в 2016 году» . Конгресс зеленых автомобилей .
- ^ Новости, Фабрика (12 января 2015 г.). «Гибрид Эйр: почему дешевеет PSA — Инновации Авто» . usinenouvelle.com/ (на французском языке) . Проверено 26 августа 2018 г.
- ^ «Fiat Panda Hybrid: как работает рекуперация энергии» (на итальянском языке). 10 марта 2022 г. . Проверено 13 ноября 2022 г.
- ^ «KTM побеждает Формулу-1 секретным дебютом KERS! | Февраль 2009 г.» . Крэш.Нет. 04 февраля 2009 г. Проверено 14 августа 2010 г.
- ^ «С-1» . Лит Моторс. Архивировано из оригинала 2 ноября 2013 года . Проверено 31 октября 2013 г.
- ^ Агентство по охране окружающей среды, США. «Исследование гидравлических гибридных велосипедов – экологически чистые автомобильные технологии – транспорт и качество воздуха – Агентство по охране окружающей среды США» . archive.epa.gov .
- ^ Boost Your Bike , Science Friday, 12 августа 2011 г., заархивировано из оригинала 18 сентября 2012 г. , получено 24 августа 2022 г.
- ^ «Технический регламент АСО 2008 г. для прототипов классов «LM» P1 и «LM» P2, стр. 3» (PDF) . Автомобильный клуб Запада (ACO). 20 декабря 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) 25 июня 2008 г. . Проверено 20 января 2008 г.
- ^ Сэм Коллинз (13 сентября 2008 г.). «Пежо Спорт Гибрид | Люди» . Гоночная инженерия. Архивировано из оригинала 13 января 2009 г. Проверено 14 августа 2010 г.
- ^ «Великобритания: GKN заключила сделку на поставку технологии маховика KERS для лондонских автобусов» . Просто Авто. Архивировано из оригинала 6 августа 2019 г. Проверено 6 августа 2019 г.
- ^ «Гибридный проект GKN получил высокую оценку» . Шропширская звезда. Архивировано из оригинала 8 декабря 2015 г. Проверено 6 августа 2019 г.
- ^ «ППМ Технологии» . Парри «Перевозчики людей». Архивировано из оригинала 2 марта 2013 года . Проверено 17 апреля 2023 г.