一，什么是KERS？


　　KERS是動(dòng)能回收系統(tǒng)(Kinetic Energy Recovery Systems)的英文縮寫。其基礎(chǔ)原理是：通過(guò)技術(shù)手段將車身制動(dòng)能量存儲(chǔ)起來(lái)，并在賽車加速過(guò)程中將其作為輔助動(dòng)力釋放利用！具體的使用方法可能模仿A1的加速按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。


　　二，F(xiàn)IA為何要引入KERS？


　　很多人認(rèn)為F1引入KERS的是FIA為增加超車機(jī)會(huì)-提高比賽興奮度，壓制引擎研發(fā)-控制成本飚升而采取的一時(shí)之舉，這是完全錯(cuò)誤的！


　　現(xiàn)在，全世界的汽車工業(yè)都面臨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展與保護(hù)環(huán)境這對(duì)矛盾。能源問(wèn)題，二氧化碳排放，早已不再是時(shí)髦的話題，而是就擺著面前，并需要立即動(dòng)手解決的問(wèn)題。去年，德國(guó)出臺(tái)了每公里二氧化碳排放量不得超過(guò)120克的指標(biāo)，這一指標(biāo)如果成為法規(guī)，將意味著大排量發(fā)動(dòng)機(jī)不再有發(fā)展前途。與此同時(shí)，現(xiàn)在有的城市甚至計(jì)劃只允許在市中心使用混合動(dòng)力車，這意味著廠商在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)，必須保證他們的車型可以選裝混合動(dòng)力系統(tǒng)。通過(guò)這兩例，我們可以看到高效率的環(huán)保技術(shù)對(duì)于汽車工業(yè)的發(fā)展有多迫切。時(shí)下，雖然各大制造商從未達(dá)成過(guò)任何共識(shí)，但已基本形成了默認(rèn)的發(fā)展思路：先從混合動(dòng)力入手，然后向氫動(dòng)力或純電力過(guò)渡。只有這樣，汽車工業(yè)才可能有未來(lái)。


　　此時(shí)，以高科技著稱、位居汽車運(yùn)動(dòng)金子塔尖的F1，如果無(wú)視這一社會(huì)趨勢(shì)，必將面臨被濤汰的危險(xiǎn)。FIA主席馬克思-莫斯利曾在2006年說(shuō)過(guò)： “世界的趨勢(shì)正在發(fā)生改變，你將看到最明顯的是關(guān)于全球變暖問(wèn)題。在世界每一個(gè)地方，都有非常突出的民意運(yùn)動(dòng)。如果現(xiàn)在我們不改革，我們將錯(cuò)過(guò)這一趨勢(shì)，F(xiàn)1將變得落后，并最終死亡�！�


　　也許有人會(huì)認(rèn)為莫斯利的話是在危言聳聽(tīng)，但F1的現(xiàn)狀就是下面這樣：2.4升V8引擎的百公里油耗高達(dá)49KG，19000轉(zhuǎn)的極限轉(zhuǎn)速對(duì)于民用引擎沒(méi)有任何參考意義，耗資建1個(gè)1:1的風(fēng)洞開(kāi)銷大于5000萬(wàn)歐元，不計(jì)全年24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的成本，一站一改的空氣動(dòng)力學(xué)套件實(shí)用價(jià)值是零……。


　　很顯然，現(xiàn)在F1的技術(shù)發(fā)展方向，是完全與社會(huì)脫節(jié)的，而且隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的加劇，它正在與社會(huì)發(fā)展方向背道而馳。過(guò)去，F(xiàn)1被稱為汽車工業(yè)的試驗(yàn)田，先進(jìn)民用技術(shù)的發(fā)源地；而現(xiàn)在，隨著技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的變化，它的這項(xiàng)功能已越來(lái)越弱！在這種情況下，改革勢(shì)在必行，而且刻不容緩。因?yàn)闆](méi)有任何有社會(huì)責(zé)任的人，會(huì)對(duì)采用“過(guò)時(shí)”技術(shù)、大幅浪費(fèi)能源、危害環(huán)境的運(yùn)動(dòng)頂禮膜拜！


　　KERS正是F1順應(yīng)這一社會(huì)趨勢(shì)，保持先進(jìn)性邁出的第一步。(關(guān)于F1動(dòng)力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景規(guī)劃，請(qǐng)【點(diǎn)擊】查看我們之前的報(bào)道)


　　三，F(xiàn)IA對(duì)KERS的規(guī)則限制


　　為了鼓勵(lì)、推動(dòng)KERS技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)IA給予了車隊(duì)充足的發(fā)揮空間。在今年7月11日發(fā)布的2009版F1技術(shù)規(guī)則中，國(guó)際汽聯(lián)只對(duì)KERS幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)做了規(guī)定，其余所有環(huán)節(jié)都是開(kāi)放的。按照莫斯利的說(shuō)法，KERS的發(fā)展幾乎不受限。下文便是新規(guī)則中僅有的約束條款：


　　1，KERS系統(tǒng)的最大輸出和輸入功率不得超過(guò)60KW，每圈的能量釋放總量不得超過(guò)400KJ。(規(guī)則原文5.2.3)


　　2 賽車在進(jìn)站加油的過(guò)程中，不得向KERS的系統(tǒng)增加能量存儲(chǔ)。(規(guī)則原文5.2.4)


　　3 賽車引擎、變速箱、離合器、差速器和KERS以及所有的相關(guān)激活機(jī)構(gòu)，必須由FIA指定的ECU供應(yīng)商提供的ECU控制(即邁凱輪提供的標(biāo)準(zhǔn)ECU)。(規(guī)則原文8.2.1)


　　現(xiàn)版09款規(guī)則對(duì)KERS的限制僅此而已！


　　四：兩種技術(shù)原理的KERS系統(tǒng)及其優(yōu)缺點(diǎn)(本文重點(diǎn))


　　在FIA寬松的規(guī)則框架下，現(xiàn)在存在兩種技術(shù)原理的KERS系統(tǒng)正在研發(fā)當(dāng)中：飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)和電池-電機(jī)動(dòng)能回收系統(tǒng)。下面，我們將從研發(fā)背景、技術(shù)原理、參數(shù)指標(biāo)、技術(shù)難點(diǎn)和方案優(yōu)缺點(diǎn)五個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。首先講已經(jīng)面世的“飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)”。


　　A，研發(fā)背景


　　這是雷諾將采用的技術(shù)方案，威廉姆斯打算購(gòu)買！2007年年初，受到雷諾汽車公司的支持，雷諾F1車隊(duì)的兩位工程師喬恩-希爾頓和道格-克羅斯離開(kāi)總部恩斯托(enstone)專門在銀石組建了一家名叫“Flybrid Systems LLP”的公司。在這里，F(xiàn)lybrid是兩個(gè)英語(yǔ)單詞飛輪(flywheel)和混合動(dòng)力(hybrid)的組合詞，我們將其譯為“飛輪混合動(dòng)力系統(tǒng)公司”【注：下文統(tǒng)一簡(jiǎn)稱為FB公司】。該公司在2007年年中開(kāi)發(fā)出了一套高效率的飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)(見(jiàn)上圖)。


　　飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)的原理其實(shí)非常簡(jiǎn)單。兒時(shí)玩過(guò)回力玩具車的朋友知道，當(dāng)我們通過(guò)向后滾動(dòng)車輪讓蓄能結(jié)構(gòu)(一般為彈簧或橡皮筋結(jié)構(gòu))積蓄勢(shì)能后，再將車放在地上，積蓄的勢(shì)能便能讓車快速行駛起來(lái)。FB公司的動(dòng)能回收方案，正是采用的這種基礎(chǔ)原理【注意：是基礎(chǔ)原理，即從動(dòng)能－>勢(shì)能—>動(dòng)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程】。但其具體的工作過(guò)程肯定要復(fù)雜許多，要知道這是時(shí)速超過(guò)300公里的F1賽車。下面讓我們一起看其實(shí)際構(gòu)造：


　　如上圖所示：這是FB公司提供的系統(tǒng)原理圖(右下為CAD三維效果圖)。它總共由：一套高轉(zhuǎn)速飛輪、兩套固定傳動(dòng)比齒輪組、一臺(tái)CVT(無(wú)級(jí)變速箱)和一套離合器構(gòu)成(離合器2)，其中無(wú)級(jí)變速箱由技術(shù)合作伙伴Torotrak公司提供，另一家公司Xtrac負(fù)責(zé)傳動(dòng)系統(tǒng)制造。系統(tǒng)工作過(guò)程如下：


　　當(dāng)賽車在制動(dòng)的過(guò)程中，車身動(dòng)能會(huì)通過(guò)無(wú)級(jí)變速箱傳入飛輪，此時(shí)處于真空盒中的飛輪被驅(qū)動(dòng)、高速旋轉(zhuǎn)積蓄能量。而當(dāng)賽車在出彎時(shí)，飛輪積蓄的能量則通過(guò)無(wú)級(jí)變速箱反向釋放【注：這里指的反向指能量的流向，而非飛輪旋轉(zhuǎn)方向】，并在主變速箱的輸出端和引擎動(dòng)力匯合后，作為推動(dòng)力傳遞給后軸。整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，由寫入SECU(標(biāo)準(zhǔn)ECU)的配套程序進(jìn)行控制。在外形上，可根據(jù)用戶需求，做針對(duì)性調(diào)整。也就是說(shuō)可以具有不同的外形選擇！


　　C，技術(shù)難點(diǎn)


　　眾所周知，對(duì)于F1賽車來(lái)講每一公斤的質(zhì)量都是有用的。為了達(dá)到盡可能高的能量密度比(注：飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)的這項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)很高)，使系統(tǒng)對(duì)賽車的配重影響降至最低，采用飛輪動(dòng)能回收方案需要將蓄能主體飛輪做的盡可能的小，但這又如何滿足能量存儲(chǔ)指標(biāo)呢？


　　FB公司采用的解決方案是提高轉(zhuǎn)速。目前，他們?cè)囍破凤w輪轉(zhuǎn)速已達(dá)到64500轉(zhuǎn)/分，這是一個(gè)近乎瘋狂的數(shù)字。但此時(shí)新問(wèn)題又出現(xiàn)了，因?yàn)楦咿D(zhuǎn)速意味著系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量和面臨巨大的風(fēng)阻損耗。


　　希爾頓和克羅斯最終決定將飛輪包裝在一個(gè)真空盒內(nèi)部，按照該公司的說(shuō)法，內(nèi)部氣壓可達(dá)1x10-7帕。這到底是一個(gè)怎樣的概念呢？喬恩-希爾頓表示，這相當(dāng)于一個(gè)氣體分子需要運(yùn)行45KM才能和另外一個(gè)相遇。不過(guò)想的到還得做得到，將飛輪置身真空盒的確可以解決生熱和風(fēng)阻損耗的問(wèn)題，但如何防止軸承在(向飛輪)輸入和輸出動(dòng)力的過(guò)程中，氣密性不被破壞呢？新的難題再次誕生！在現(xiàn)有技術(shù)下，電轉(zhuǎn)換是種可選方案，但能量損失太嚴(yán)重。結(jié)果這兩位工程師還是找到了解決之道，他們發(fā)明了創(chuàng)新的軸密封技術(shù)，現(xiàn)已申請(qǐng)專利。