Hệ thống KERS trong xe F1 hoạt động như thế nào?

Hầu hết các xe đua dựa trên đường đua đều có một số mánh khóe để vượt qua đối thủ. Là đỉnh cao của môn đua xe thể thao, những chiếc xe F1 không còn xa lạ với những hệ thống phức tạp được thiết kế để giúp xe chạy nhanh hơn.

Một hệ thống như vậy là KERS. Nó được giới thiệu vào năm 2009 để hỗ trợ chiến lược kép của F1 nhằm thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ thân thiện với môi trường và liên quan đến xe đường trường trong giải đua F1 nhưng không được áp dụng rộng rãi cho đến năm 2011.

Nó đã có mặt trên mọi chiếc xe kể từ đó.

KERS là gì và nó hoạt động như thế nào?

KERS là viết tắt của Hệ thống phục hồi năng lượng Kinetic. Mỗi khi bạn phanh để giảm tốc độ xe, động năng sẽ bị mất đi dưới dạng nhiệt từ ma sát giữa má phanh và bánh xe thực tế. Thay vào đó, KERS khai thác năng lượng này và tiết kiệm năng lượng để sử dụng sau này khi nó có lợi cho người lái xe.

Có hai loại KERS chính – cơ và điện. Mặc dù bất kỳ việc triển khai ô tô trên đường nào cũng có thể sử dụng KERS cơ học, nhưng các nhà xây dựng F1 cho đến nay đều đã sử dụng tất cả các hệ thống điện.

Chúng được cung cấp năng lượng bởi một máy phát điện có tên là Bộ tạo động cơ – Kinetic (MGU-K) giúp chuyển đổi nhiệt sinh ra từ phanh thành năng lượng điện. Năng lượng điện được chuyển đổi sau đó được lưu trữ trong pin có công suất 2MJ mỗi vòng do FIA quy định, được gọi là Bộ lưu trữ năng lượng (ES).

Khi cần, người lái có thể nhấn một nút trên vô lăng để triển khai sức mạnh này bằng cách kết hợp nó với công suất của động cơ nhờ một động cơ điện thường nằm ở đầu trước của trục khuỷu.

Tổng sản lượng của MGU-K cũng được quy định bởi FIA. Các hệ thống trước đó được giới hạn ở mức 60 kW (khoảng 80 mã lực) nhưng giới hạn này sau đó đã được nâng lên 120 kW (gần 160 mã lực) vào năm 2014 để cân bằng với động cơ V6 1,6 lít yếu hơn đang thay thế động cơ V8 2,4 lít cũ hơn, mạnh mẽ hơn.

Mặc dù các thông số kỹ thuật chính xác của hệ thống KERS của nhà xây dựng F1, được gọi đơn giản là ERS trong môn thể thao này, sẽ là một bí mật được bảo vệ chặt chẽ, nhưng hệ thống nói trên thực sự tạo thành những điều cơ bản của KERS điện.

MGU-K đấu với MGU-H

Không nên nhầm lẫn MGU-K với MGU-H (Heat), là một thiết bị điện tử riêng biệt tạo thành phần còn lại của F1 ERS. Đó là một khái niệm tương tự, nhưng thay vì thu nhiệt từ hệ thống phanh, thay vào đó, nó thu năng lượng nhiệt do khí thải của động cơ tạo ra.

Kết hợp hai hệ thống có nghĩa là pin có thể được sạc ngay cả khi xe không phanh chủ động. Ngoài ra, vì FIA không áp đặt bất kỳ quy định nào đối với MGU-H, nên bất kỳ năng lượng nào do nó tạo ra đều có thể được cung cấp trực tiếp cho MGU-K về cơ bản bỏ qua mọi quy định về quy định sau.

MGU-H cũng giải quyết vấn đề trễ turbo bằng cách sử dụng một mô-tơ để cung cấp năng lượng cho máy nén và do đó không yêu cầu tua-bin chờ khí thải. Hai hệ thống kết hợp tạo thành ERS hoặc Hệ thống phục hồi năng lượng trên xe F1.

Như đã đề cập trước đây, việc truyền lực tới các bánh xe được điều khiển bằng một nút trên vô lăng của người lái. Các đội thường giúp người lái phanh gấp hơn hoặc sang số theo một cách nhất định để nạp lại lượng năng lượng tối đa sau mỗi vòng đua hoặc triển khai nó một cách chiến thuật hơn.

ERS có khác với phanh tái tạo không?

Cho đến nay, nếu ERS nghe có vẻ giống như hệ thống phanh tái tạo năng lượng mà bạn thấy trong ô tô điện trên đường, thì bạn không sai. Về cơ bản chúng giống nhau. Cả hai hệ thống đều khai thác phanh của xe để sạc lại ắc quy xe, sau đó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các bánh xe.

Tuy nhiên, ERS phức tạp và mạnh mẽ hơn nhiều so với các ứng dụng phanh tái tạo đơn giản mà bạn thấy trên ô tô đường trường. Ô tô chạy trên đường có hệ thống phanh tái tạo nhằm mục đích sạc pin càng nhiều càng tốt mà không khiến người lái phải phanh liên tục để lấy bất cứ thứ gì ra khỏi hệ thống.

Điều này đã giúp đạt được cái gọi là lái xe bằng một bàn đạp trong hầu hết các ô tô điện. Khi bạn nhả ga, hệ thống sẽ khởi động và giảm tốc độ xe với một sự hung hăng mà người lái thường có thể kiểm soát được.

Điều này đảm bảo rằng pin được sạc nhiều nhất có thể trong quá trình di chuyển hàng ngày và các chuyến đi trên đường. Thay vào đó, ERS sẽ tập trung vào việc sạc cùng một loại pin với càng ít phanh càng tốt, do đó có sự kết hợp giữa MGU-K và MGU-H. Việc triển khai năng lượng được lưu trữ cũng tích cực hơn nhiều.

KERS trong ô tô đường bộ

Vì vậy, bạn có thể thả một chiếc KERS trên một chiếc ô tô thông thường và có những chiếc xe có phạm vi hoạt động đáng kinh ngạc không? Không chính xác, vì ERS mạnh hơn nhiều so với phanh tái tạo thông thường, nên sẽ có một số vấn đề, bắt đầu từ pin.

Pin được sử dụng trong ERS có khả năng sạc và xả nhanh hơn rất nhiều khi chúng chịu sức nặng của một chiếc xe F1 chạy hơn 60 vòng quanh đường đua. Chúng có thể lấy một lượng lớn năng lượng để tự sạc lại nhanh chóng, sau đó cung cấp một lượng năng lượng lớn tương đương để bổ sung vào tổng công suất của ô tô.

Ắc quy ô tô hướng đến độ bền, tuổi thọ cao hơn để duy trì nhiều chu kỳ sạc hơn và quan trọng hơn là sự an toàn. Điều đó không có nghĩa là ERS không an toàn, chỉ là pin của xe điện hoặc xe hybrid thông thường sẽ không thể theo kịp hệ thống.

Hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên ô tô cũng không tạo ra nhiều năng lượng để nạp vào pin như năng lượng cần thiết để ô tô tự di chuyển. Điều này có nghĩa là điện tích thu được nhỏ hơn nhiều so với điện tích MGU-K sẽ cung cấp.

Cuối cùng, việc triển khai năng lượng cũng khá khác biệt, đặc biệt nếu bạn đang lái một chiếc xe hybrid, trong đó các hệ thống điện thường được dùng để thay thế năng lượng do động cơ xăng sản xuất của ô tô. Trên ô tô điện, hoàn toàn không cần triển khai điện vì hệ thống chỉ sạc pin.

Ngược lại, ERS trong F1 hoặc KERS nói chung tập trung vào việc triển khai năng lượng điện được lưu trữ cho đầu ra hiện có của động cơ.

Tương lai của KERS

Khi những tiến bộ trong F1 làm cho pin và hệ thống tái tạo hoạt động hiệu quả hơn, cuối cùng chúng cũng được sử dụng cho những chiếc ô tô chạy trên đường mà chúng ta lái hàng ngày. Điều này có nghĩa là chúng ta sẽ có những chiếc xe sạc lại nhanh hơn, với phạm vi hoạt động được cải thiện.

Cho đến lúc đó, bạn có thể tự hào về các hệ thống tái tạo hiện có trên xe của mình để tiết kiệm nhiều năng lượng như chúng đã làm.