Система рекуперации кинетической энергии ( KERS ) – это автомобильная система, предназначенная для рекуперации кинетической энергии движущегося транспортного средства при торможении . Восстановленная энергия сохраняется в резервуаре (например, маховике или высоковольтных батареях) для последующего использования при ускорении. Примеры включают сложные высокопроизводительные системы, такие как Zytek , Flybrid, [1] Torotrak [2] [3] и Xtrac , используемые в гонках Формулы-1 , а также простые, легко изготавливаемые и интегрированные системы на основе дифференциала , такие как Cambridge Passenger/Commercial Vehicle Kinetic Energy. Система восстановления (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.
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. Доступен максимальный прирост мощности 60 кВт (81,6 л.с. , 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 автомобиля Кристиана Клиена , оборудованного системой KERS, во время тестов на трассе в Хересе . [6]
Формула-1 заявила, что поддерживает ответственные решения мировых экологических проблем, [7] и 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, оснащенный 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 напрямую 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, которые увеличили минимальный предел веса автомобиля и водителя на 20 кг до 640 кг, [12] наряду с согласием команд FOTA на использование устройств KERS еще раз, означали, что KERS вернулся. на 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]
Bosch Motorsport Service разрабатывает 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 легкого транспорта. [17]
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 компания Porsche представила 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 в сочетании 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 намного 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 мягкого гибрида FIAT Panda с технологией KERS. [27]
Руководитель гонок KTM 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 Валенсийского сообщества по мотоциклам 2008 года . Кояма финишировал 7-м. [28] Позже система была признана незаконной и, таким образом, запрещена. [ нужна цитата ] Электрический мотоцикл Lit C-1 также будет использовать KERS в качестве системы рекуперативного торможения. [29]
KERS также возможен на велосипеде. Агентство по охране окружающей среды , работая 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]
Автомобильный клуб de l'Ouest , организатор ежегодных соревнований «24 часа Ле-Мана» и серии Ле-Ман , с конца 2000-х годов пропагандирует использование систем рекуперации кинетической энергии в классе LMP1 . [32] Peugeot был первым производителем, представившим полностью функционирующий автомобиль LMP1 в виде 908 HY на гонке Autosport 1000 км 2008 года в Сильверстоуне. [33]
В гонке «24 часа Ле-Мана» 2011 года Hope Racing участвовала 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 цитата ]
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.
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]
Вагоны Parry People Mover для движения используют небольшой двигатель и большой маховик. Система также поддерживает рекуперативное торможение. [36]
{{cite web}}
: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )