Se han producido grandes cambios en la F1 en la nueva temporada. ¿Cómo funciona el sistema llamado KOS?
Presta atención a la energía generada al frenar, no al calor generado por la fricción.
Con el fin de fomentar y promover el desarrollo de la tecnología KERS, la FIA ha dado a los equipos un amplio margen para desarrollarse. En las reglas técnicas publicadas por la F1, la FIA solo estipula algunos indicadores técnicos del KERS y otros enlaces están abiertos. Mosley cree que el desarrollo del KERS es casi ilimitado. Las siguientes son las únicas cláusulas vinculantes en las nuevas reglas:
1. La potencia máxima de salida y entrada del sistema KERS no excederá los 60 KW, y la liberación total de energía por círculo no excederá los 400 KJ. (Regla 5.2.3)?
2. Durante el periodo de repostaje en la estación no se permite añadir ningún dispositivo de almacenamiento de energía al sistema KERS. (Regla 5.2.4)?
3. Los motores de carreras, cajas de cambios, embragues, diferenciales, KERS y todos los mecanismos de activación relacionados deben ser ECU proporcionadas por el proveedor de ECU designado por la FIA (es decir, el estándar proporcionado por McLaren ECU) para controlar. (Regla original 8.2.1)?
Ventajas y desventajas técnicas Bajo las reglas laxas de la FIA, se está desarrollando un sistema KERS con dos principios técnicos: un sistema de recuperación de energía cinética del volante y un sistema de recuperación de energía cinética del motor de batería. A continuación, lo presentaremos en detalle desde cuatro aspectos: antecedentes de investigación y desarrollo, principios técnicos, indicadores de parámetros y ventajas y desventajas de la solución. Primero, hablemos del “sistema de recuperación de energía cinética del volante” que ha aparecido. ?
Antecedentes en I+D ¡Esta es la solución técnica que adoptará Renault y Williams planea comprarla! A principios de 2007, con el apoyo de Renault Automobile Company, dos ingenieros del equipo Renault F1, Jon Hilton y Doug Cross, abandonaron su sede en Enstone para crear una empresa llamada "Flybrid? Systems? LLP" Company. Aquí, Flybridge es una combinación de dos palabras en inglés, flywheel e hybrid. Lo traducimos como "Flywheel Hybrid Systems Inc." Nota: En lo sucesivo, FB Company. A mediados de 2007, la empresa desarrolló un eficiente sistema de recuperación de energía cinética del volante (ver arriba). ?
Principio técnico El principio del sistema de recuperación de energía cinética del volante es en realidad muy simple. Los amigos que han jugado con carritos de juguete cuando eran niños saben que cuando hacemos girar las ruedas hacia atrás para permitir que la estructura de almacenamiento de energía (generalmente una estructura de resorte o banda elástica) acumule energía potencial, y luego colocamos el auto en el suelo, el La energía potencial acumulada puede hacer que el coche conduzca rápidamente. La solución de recuperación de energía cinética de FB se basa en este principio básico. Nota: Es el principio básico, es decir, el proceso de conversión de energía cinética -> energía potencial -> energía cinética. Sin embargo, su proceso de trabajo específico es definitivamente mucho más complicado. Debes saber que se trata de un coche de F1 con una velocidad de más de 300 kilómetros por hora. Echemos un vistazo a su estructura real:?
Como se muestra en la imagen de arriba: este es el diagrama del sistema proporcionado por FB Company (la parte inferior derecha es la representación tridimensional CAD). Siempre consta de un juego de volantes de alta velocidad, dos juegos de engranajes de relación fija, una CVT (transmisión continuamente variable) y un juego de embragues (Embrague 2). La transmisión continuamente variable es proporcionada por el socio tecnológico Torotrak y otra empresa. Xtrac Responsable de la fabricación de sistemas de transmisión. El proceso de funcionamiento de este sistema es el siguiente:
Cuando el coche frena, la energía cinética de la carrocería se transferirá al volante a través de la transmisión continuamente variable. En este momento, el volante de la caja de vacío se acciona y gira a alta velocidad para acumular energía. Cuando el coche sale de una curva, la energía almacenada en el volante se libera en reversa a través de la transmisión continuamente variable. Todo el sistema tiene una estructura simple y compacta y está controlado por un programa de soporte escrito por SECU (ECU estándar). La apariencia se puede ajustar según las necesidades del usuario. ¡Eso significa que puedes tener diferentes formas para elegir! ?
La dificultad técnica es de sobra conocida, y cada kilogramo de masa es útil para los coches de F1. Para lograr la relación de densidad de energía más alta posible (nota: este indicador del sistema de recuperación de energía cinética del volante ya es muy alto) y minimizar el impacto del sistema en el contrapeso de carrera, cuando se utiliza la solución de recuperación de energía cinética del volante, el volante Debe hacerse lo más grande posible. Pequeño, pero ¿cómo puede cumplir con los indicadores de almacenamiento de energía? ?
La solución de FB es aumentar la velocidad. En la actualidad, la velocidad del volante de su prototipo ha alcanzado las 64.500 rpm, una cifra casi descabellada. Pero en este momento, aparecieron nuevamente nuevos problemas, porque la alta velocidad significa que el sistema generará un calor enorme y enfrentará enormes pérdidas de resistencia al viento. ?
Pros y contras del plan Hilton y Cross finalmente decidieron utilizar una caja de vacío para empaquetar el volante. Según la empresa, la presión del aire interna puede alcanzar 1x10-7 Pa. ¿Qué clase de concepto es este? Jon Hilton dijo que esto equivale a que una molécula de gas viaje 45 kilómetros para encontrarse con otra. Pero aún así hazlo. De hecho, colocar el volante en una caja de vacío puede resolver los problemas de generación de calor y pérdida por viento, pero ¿cómo evitar que se destruya la estanqueidad del rodamiento durante la entrada y salida de energía (al volante)? ¡Ha surgido un nuevo problema! En la tecnología existente, la conversión eléctrica es un método alternativo, pero la pérdida de energía es demasiado grave. Como resultado, dos ingenieros encontraron una solución. Inventaron una innovadora tecnología de sellado de ejes que ahora ha sido patentada.
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Ahora, el primer producto comercial está en desarrollo y Xtrac ha obtenido la autorización de patente de Torotrak. Utilizará el esquema de transmisión toroidal de este último para desarrollar un dispositivo de transmisión eficiente, compacto y continuamente variable para hacer realidad la idea de recuperación de energía cinética en los autos de carreras de F1. Y podemos prever fácilmente que aparecerá en los vehículos de carretera normales.
Transmisión por anillo
No hace mucho, se informó que la FIA planea implementar nuevas reglas de F1. El objetivo principal es reducir el impacto de las carreras en el medio ambiente. costos y hacer que la tecnología de carreras sea más práctica. El mundo es más valioso. Uno de los requisitos es ahorrar la energía de desaceleración y usarla para acelerar, de modo que la aceleración después de girar sea más fuerte, o el ataque de "adelanto de cola" tenga más probabilidades de tener éxito. Ahora, el primer producto comercial está en desarrollo y Xtrac ha obtenido la licencia de la patente de Torotrak. Utilizará el esquema de transmisión toroidal de este último para desarrollar un dispositivo de transmisión eficiente, compacto y continuamente variable para hacer realidad la idea de recuperación de energía cinética en los autos de carreras de F1. Y podemos prever fácilmente que aparecerá en los vehículos de carretera normales. ?
Forma El llamado toro se refiere aquí a la forma de la superficie del anillo interior del toro. Puedes imaginar un donut y llenar el agujero del centro con arena. Si logras comerte el donut limpio, el molde de arena restante será el toro. ¿Es como la cintura de una botella con curvas? Cortado por la mitad de esta delgada cintura se encuentra el corazón de la transmisión Torotrak: dos diales de punta a punta, uno de los cuales sirve como entrada de energía y el otro no tiene más remedio que usarse como salida. ?
Dos agujas por sí solas no pueden transmitir potencia y mucho menos cambiar de velocidad. Por tanto, se colocan dos o tres rodillos entre los platos giratorios. Estos rodillos se sujetan cuando los dos platos giratorios se sujetan en direcciones opuestas. A medida que el dial de entrada gira, sigue la rueda y el dial de salida, naturalmente, sigue su ejemplo. Se puede observar que la fuerza se transmite mediante la fricción por rodadura. Entonces, ¿cómo lograr un cambio de velocidad? Simplemente deja que el rodillo se balancee. Al principio, un lado del rodillo se presiona contra el radio mayor del plato giratorio de entrada y el otro lado se presiona contra el punto cerca del pico del plato giratorio de salida, que es la marcha baja. A medida que el tambor oscila, la relación de velocidad será cada vez más pequeña. Este cambio es continuo, que es CVT. La CVT habitual actualmente en el mercado es polea + correa o cadena. En comparación, esta transmisión toroidal es más eficiente y puede transmitir un mayor par. El vehículo de demostración de Torotrak es un SUV Ford. El par del motor V8 de 5,4 litros de 475 Nm demuestra plenamente la capacidad de carga de esta solución de transmisión. Torotrak también nombró a la transmisión IVT, ¿Infinita? ¿variable? transmisión para mostrar la diferencia. ?
¿Recuerdas el ciclo de Atkinson en la historia del desarrollo? Muchos inventos humanos tienen que sumergirse en el largo río de la historia durante varias generaciones antes de poder lograr resultados positivos, y lo mismo ocurre con la transmisión de curva toroidal. ¿Ya en 1877, Charles? Hunter solicitó patentes hasta la década de 1920, ¿y Frank? Hayes lo mejoró y lo llevó al mercado, instalándolo en Austin alrededor de 1930. Siete, empieza. De 1960 a 1980, Perbury continuó mejorándolo y los resultados conmovieron incluso a los militares. Se utiliza para accionar el generador de 25 kW del famoso avión de combate Harrier. Aunque el par no es muy elevado, la velocidad es altísima, de 7.000 a 17.000 rpm. En 1986, BTG Group se hizo cargo del negocio relacionado. Más de diez años después, el departamento que dominaba esta tecnología abandonó BTG y nació el actual Torotrak. ?
Principio El desarrollo de los materiales actuales ha hecho que este mecanismo de transmisión sea cada vez más perfecto. En teoría, la plataforma giratoria y el rodillo están en estrecho contacto y pueden generar fricción, pero en realidad no hay contacto real, gracias a un fluido de fricción de cadena molecular larga especialmente desarrollado. La viscosidad de este líquido también aumentará mucho bajo presión, lo que no solo puede transmitir fricción, sino también formar una película líquida de 0,05 a 0,4 micrones para separar el plato giratorio y el tambor. Para formar una película tan fina, por supuesto, es indispensable una tecnología de procesamiento precisa y acero de alta calidad. Para Torotrak, Yangguang Seiko (que se fusionó con Toyota Corporation a principios del año pasado y ahora es JTEKT) procesa platos giratorios y rodillos, siendo su principal producto los rodamientos de bolas. Casualmente, la japonesa Seiko NSK también procesa piezas similares para Jatco. No hace falta decir que también sabemos lo que hace NSK. El Extroid construido por Jatco para Nissan se llama transmisión de curva semicircular. Para decirlo sin rodeos, el arco de la superficie curva es un poco corto y el cambio de relación de velocidad es solo 4,36. Necesitamos usar el convertidor de par para nutrir el par, pero eso no significa que no haya nada que podamos hacer. Mientras el automóvil esté en movimiento, el convertidor de par puede bloquearse instantáneamente sin necesidad de mano de obra. Por el contrario, el Torotrak es más agresivo, con un modelo de demostración con un ratio de 6,05, atreviéndose a ser llamado "continuamente variable". ?
Una transmisión toroidal típica se compone de dos conjuntos de mecanismos conectados en serie, de modo que el par transmitido se puede duplicar y el tamaño no será mayor que el de una transmisión de engranajes general. Dado que los rodillos están restringidos dentro de la superficie curva circular, su eje de rotación no necesita soportar ninguna carga. La plataforma giratoria se sujeta axialmente mediante accionamiento hidráulico y la fuerza de sujeción se ajusta mediante un dispositivo de control electrónico de acuerdo con el par transmitido. ?
Características La transmisión IVT completa de Torotrak no sólo dispone de un mecanismo de cambio de velocidad toroidal, sino también de un conjunto de engranajes planetarios.
A baja velocidad, por un lado, el motor está conectado directamente al portasatélites y, por otro lado, el engranaje solar se acciona a través del mecanismo de transmisión toroidal, logrando así una transmisión continua de marcha adelante a marcha atrás. Es una parada completa en el medio, por eso se llama relación de transmisión continua. En otras palabras, su par de salida puede, en teoría, volverse infinito y el sistema de control puede superar obstáculos muy difíciles controlando la relación de velocidad. Por otro lado, el cambio de relación de velocidad se puede completar en un instante cuando el cigüeñal gira solo media vuelta, sin preocuparse por daños al motor o al mecanismo de transmisión debido a una sobrecarga repentina. Solo en este estado, la pérdida de energía promedio supera el 19% según las condiciones operativas de EE. UU. y California, por lo que solo se usa para dar marcha atrás y arrancar. Cuando la velocidad del vehículo aumenta, el portasatélites se desengrana, el engranaje solar y la corona externa se bloquean juntos y la potencia se transmite completamente a través del mecanismo de cambio de velocidad de superficie toroidal. ?
Volviendo a la recuperación de energía cinética, por supuesto, el dispositivo toroidal en sí no puede absorber, almacenar y liberar energía cinética. Lo que hace este trabajo es el volante (es decir, el gran rodillo redondo imaginario de la imagen). La transmisión de Torotrak no reemplaza la transmisión de engranajes multivelocidad convencional. Su función es en realidad un puente que conecta el volante y la transmisión. Al ajustar las relaciones de velocidad, la energía cinética se puede mover hacia adelante y hacia atrás entre ellos de manera óptima, en lugar de perderse por completo a través de los discos de freno. Este modo no sólo tiene una estructura compacta: Toro Trak cree que la unidad de transmisión comercial pesará menos de 5 kg y su eficiencia de transferencia de energía es incluso superior al 90%, lo que es significativamente mejor que el modo de motor-batería. La F1 tiene requisitos estrictos en cuanto a tamaño y peso. Si tiene éxito, podrá extenderse fácilmente a otras áreas. ?
Xtrac sólo proporcionará la unidad de transmisión, y la parte del volante la desarrolla cada equipo (por lo que es virtual). Torotrak puede proporcionar asesoramiento experto sobre procedimientos de control.