Re: [情報] KERS和光頭胎存在技術衝突

[tonyatta (湯尼阿塔.TF108)]

全文吃光

關於這個KERS的問題 身為電機人 又想往車輛跑的小咖我

鑒於一陣子來都沒有產出什麼建設性的文章 生活又悶 在這邊分享KERS的相關技術

如果有機械 電機 材料 電力等等的先進們 還請補遺


K       E       R       S

動態    能量    回收    系統

基本上，一台車輛如果要行進一段距離，最簡單的能量計算公式將會是

E = F(力量)* L(距離) {感謝指正}

如果算上時間 P(功率)=F * V(速度)

不過這些前提都是等速運動，而其中加減速都沒差異

問題是： 汽油是能量 => 提供汽車移動 而煞車則是將動能透過夾碟子(碟煞)釋放成熱能

所以如果頻繁的加減速將導致需要更多的能量。

因此常常說要省油就不能重踩油門，不過那是對於市售車。


賽車的引擎要比市售車要強力得多，對市售車來說，是降低能量消耗=>省油

對於賽車來說，確實也是省油，但另一方面則是，當引擎+(另一個驅動來源 ex馬達)

兩者相加的輸出功率可以大於單一引擎輸出。這樣就是比較有Power了[這就是主要貢獻]


而兩種方案 馬達+電池   or 飛輪

飛輪我比較不熟！畢竟他等於只是將輪胎的旋轉動能，回傳到一個很重的飛輪上面。因此

需要一個機械空間，而且飛輪有他物理上的能量限制,加上軸承有阻力，所以會被軸承消

耗掉，基本上它的能量密度算是比較低的，但他在車輛總POWER輸出上，有什麼貢獻就看

有沒有機械魔人解說了。

(飛輪的轉動慣量I 還有你的軸承轉速w   0.5*I*w^2)



如同市售的Hybrid Car, 馬達+電池方案的好處是，馬達的輸出功率將直接與引擎輸出

加上去，等於在你電池可以提供的功率範圍內，你的總POWER UP!!!

而我這邊估計賽車應該不會使用電池，會採用UltraCapacity，因為電池有他充電速率

的限制，雖然電池的能量密度高，充放電的速度卻有限制，等同於提供的功率可能不是

受到馬達限制，而是受到電池限制。

而超級電容UltraCap則可以快充快放，問題是，做為交換，充電容量與能量密度就低很

多了。



在這邊比較一下

Type            FlyWheel               Motor(Batter)    Motor(UltraCap)

能量儲存        輪胎機械->飛輪機械      機械->電能      機械->電能
能量密度        低                      高              低
[同樣一公斤 所儲存的能量]
輸出功率        幾乎是高                     受限於電池OR馬達
回收功率        全(端看機械)                    受限於馬達OR電池

而這邊解釋一下，為何會有電池或馬達的限制。

如果我們手上有200V的電池與電容

A可以瞬間放電100A   B只能瞬間放電50A 電容可500A

而我們有馬達是50kw  30kw 15kw

如果我們用 A(200*100=20kw)電池 加上15kw的馬達 最大功率將會是15kw

而換用500A的電容(500A*200V=100kw) 其中的限制就是馬達的15kw了

至於電池與電容在馬達可以用多久，關係到他的容量。

如果A配15kw的馬達，小電池下可能可以用個幾分鐘，加速時多15kw，但是煞車時回收功

率也是15kw。

而電容配上50kw的馬達就可以超級power，而且回收的時候也可以回收50kw，但是加速能

用的時間大概只有幾秒。



以上大概是概略性的解說，因為賽車幾乎不需要多大的能量儲存，反正幾乎都是這個彎

的剎車，所得到的能量，下個直線就給他用掉，不大可能聚氣一整場，就為了最後一個

直線，這樣就要一個大馬達，大電池，很重的呀！

所以車隊的難題A:電池?電容?+馬達？ 功率要選多少？   機械又該如何設計





接下來跟新聞比較有相關，新聞說KERS將被擺在後面，基本上很合理

F1單倉賽車的前段幾乎沒什麼空間，要放上馬達時在是太難了，這樣可能有個"槌頭鼻"

嚴重破壞空氣動力，而且後軸的是驅動輪，直接放馬達也頗合理。

而我們從車輛的動態也知道，剎車力到幾乎都是前輪提供的！開車騎車踩下煞車，都會有

頭往下沉的感覺，表示重量轉移到前輪了，摩擦力=正向力*摩擦係數

前輪正向力up，所以剎車力量多數在前輪，而KERS放後面表示只能回收40%-的能量。

更糟糕的來了，車輛動態，假設後輪打滑，那就開始SPIN了，而KERS放在後面，等於如果

控制策略沒搞好，很有機會把後輪搞到接近鎖死而過度oversteer!!那就是災難呀！



不過麻煩的是，FIA規定只能有一組馬達，不然我心目中最好的配置將會是後軸引擎，

前輪有兩個輪內馬達，這樣有四個輪子的驅動能力，也可以回收到將近70%前輪的剎車，

問題是輪內馬達一放，Unsprung的重量大增(簧下重量還是簧上重量)，懸吊得重新設計

呀！



至於輪胎抓地力問題，就有請其他機械狂人來吧！

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電機->宅,機械->狂??  雖然這樣說話很好玩 但是貼標籤的感覺怪怪的 orz

上面有點語無倫次，如果有人願意排版整理那就感謝了！

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        Practice Makes Perfect.
                Panasonic Toyota Racing Team
                   11-Jarno Trulli   12-Timo Glock   
                               http://blog.pixnet.net/tonyatta 

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
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推 corlos:囧  End
推 ShowMing1218:詳細推
推 eddie2570922:認真推
推 j0a8c2k1:看不懂推
推 MattMeng:威
推 emporio1947:討厭彈簧推，彈簧是念土木結構的惡夢啊！
推 joumay:專業推!!  <= 不這樣推人家就知道我們看不懂了......
推 ePaper:看不懂推...
推 henryshih:看不懂推~~~~
推 kingha:看不懂推
推 PPisMy:看不懂推
推 ayumi09:看不懂推 orz
推 nsysufish:只能說你很厲害....不過在下也是看不懂.....推
推 asdf76126:兩者相加功率不ㄧ定會比較大....好比50度的水加50度的水
推 Raikkonenn:Hybrid 還沒辦法做到將兩種動力源在最大輸出時相加...
→ Raikkonenn:不是一加一就一定等於二倍...又飛輪最主要的功用為平衡
→ Raikkonenn:引擎動力，有些競賽車輛會選擇輕量化飛輪，其主要為較
→ Raikkonenn:容易拉高轉速...但在低速時則引擎震動會相當大...
→ Raikkonenn:市售車之HYBRID SYSTEM中若是其中一種動力源為ICE...
→ Raikkonenn:會盡量選擇較省油之引擎(Atkinson Cycle、HCCI...)
→ Raikkonenn:以盡量不消耗燃油為目的...若是想追求大動力則ICE不見
→ Raikkonenn:得會輸給Hybrid...小弟個人之淺見...看看就好
→ tonyatta:的確不是1+1=2 但如何讓他接近2 就是工程問題了
推 Raikkonenn:小弟在前些日子參加了一個研討會...會中一位GM工程師
→ Raikkonenn:提到...ICE在最你所想要的最佳輸出時，馬達不見得會是
→ Raikkonenn:是你所想要的最佳輸出，所以往往只能取一平衡點...
→ Raikkonenn:不過話又說回來豐田還真是屌翻了...GM把整台Prius光光.
→ Raikkonenn:所得到的結論是...簡單又好用的關鍵零組件大都已經被
→ Raikkonenn:豐田所申請的專利綁死了...
推 tomofan:看不懂但原PO好厲害推~~~~           (優質好文長知識呀~)
推 skiOMG:邊看文邊作筆記，好嘉在略懂.不整理會看不懂(俺是唸生物的
推 WellyT:推一個  真專業!!!
→ tonyatta:豐田光Prius就生出將近500+的專利 其他人要做
→ tonyatta:Parallel-Series Hybrid幾乎快被卡死
→ tonyatta:所以很多廠商都直接改攻電動車
→ tonyatta:但是依照馬達的扭力轉速曲線 挑得正確 低速可以彌補引擎
→ tonyatta:但是嘴巴再怎麼說也是Generally.. 工程都是個別case..
推 diadia:哇 以後是不是大家都會像瑪琍賽車一樣 一直蛇行噴射呀?!
→ tonyatta:想了一下 這篇文章要專不專 要淺不淺的
推 SatanClan:認真推。
推 brokenleg:很有趣 推一個
推 mryeh:推你這篇!  平平是電機人我懂的比你少很多= =
推 bjorn607:馬達放後面 一方面屁股變重了  煞車比重多了  也許再針對
→ bjorn607:懸掛和空力套件設計 可以將衝突減低？
→ tonyatta:KERS放後面等於有一份等同KERS重量的壓艙重量與空間放上
→ tonyatta:車隊要設計到以前 得要放上其他的東西抵消 或大改
推 LucaBadoer:推一下~專業的東西果然還是需要科班出身的來講~
推 ShowMing1218:要深不深要淺不淺就可謂深入淺出阿 相當的好阿
→ tonyatta:但是我看起來就向潛艇上上下下的.. 寫出東西還差很多
推 kyphosis:不好意思挑個錯誤，應該是 能量(E)=力量(F)x行走距離(L)
→ kyphosis:功率(P)=力量(F)x速度(V)
推 garlicidiot:解說詳細推
※ 編輯: tonyatta        來自: 140.112.20.23        (11/08 14:23)
→ tonyatta:果然那個時候腦袋不清楚 ma還有FL搞混了
推 e46m3s15:看不懂<囧  還是要推!!!!!!!
推 RonDennis:金價跨無 推~
推 PhyEng:推一下 不過 E,P兩式應該是"等加速度"為前提(也就是F為定值
→ PhyEng:但是Ｆ非定值也可利用積分去算出來E和P