F1的能量回收系统是什么东西

F1的能量回收系统是什么东西

动能回收系统　　前不久曾说过,FIA有意实施新的F1规则,主要目的是减少赛车对环境的影响,并降低成本,使赛车技术对现实世界更有价值.其中一项要求就是将减速能量存下来用于加速,使出弯后加速更为凌厉,或者“尾随-甩出-超车”式的进攻更容易得手.现在,第一个商业化的产品已在开发中,Xtrac获得了Torotrak的专利授权,将利用后者的圆环曲面传动方案,开发高效、紧凑、速比连续可变的传动装置,在F1赛车上实现动能回收的设想.而且我们也很容易预见,它会出现在普通的道路车辆上.　　所谓圆环曲面在这里就是指圆环内圈的表面形状,你可以想象出一个多纳圈,用砂子把它中央的孔塞实,之后你如果有本事把多纳圈吃干净,那么剩下的砂型就是圆环曲面了.是不是象个沙漏瓶的小腰?在这个细腰的中间截开,就是Torotrak变速器的核心——两个尖对尖的转盘,其中一个当动力输入用,另一个别无选择,就只好用来输出了.　　光靠两个尖顶着肯定是传递不了动力的,更别提变速了.于是在转盘之间还安置了两到三个滚轮.两个转盘对向夹紧,就会夹住这些滚轮,输入转盘转动时,会带着滚轮转,输出转盘自然也跟着转起来.看得出,力是通过滚动摩擦传递的.那么怎样实现变速呢?只要让滚轮的轴线摆动起来就行了.开始时滚轮的一边顶着输入转盘半径较大的位置,另一边按在输出转盘靠近尖顶的地方,就是低档.随着滚轮的摆动,速比便会越来越小,而且,这个变化是连续的,即CVT.现在市场上常见的CVT是皮带轮+带或链条的式样,与之相比,这种圆环曲面变速器的效率更好,而且能传递更大的扭矩,Torotrak的演示车就是辆Ford的SUV,475Nm扭矩的5.4升V8发动机充分证明了这种传动方案的负载能力.Torotrak还为变速器取名IVT,即infinitely variable transmission,以示区别.　　还记得Atkinson循环吗?很多人类发明都要在历史长河里经世累代地潜水,才能修成正果,圆环曲面变速器也是如此.早在1877年,Charles Hunt就申请到了专利,而直到1920年代,经Frank Hayes改进之后才推向市场,在1930年前后安装到Austin 7上.Perbury公司在1960～1980年代期间对其继续完善,成果甚至打动了军方——在著名的鹞式战机上用来带动一台25千瓦的发电机,虽然扭力不是很大,但转速特高,从7000到17000rpm.1986年BTG集团接手相关业务,又过了十几年,掌握这项技术的部门脱离了BTG,才有了今天的Torotrak.　　当今材料的发展使这种变速机构日臻完善.理论上,转盘和滚轮是紧紧地贴在一起的,这样才能产生摩擦力,但事实上它们并没有真的接触,这要归功于一种特别开发的长分子链摩擦液.这种液体在压力之下粘度也会大涨,不但能传递摩擦力,还能形成0.05至0.4微米的液膜,将转盘和滚轮隔开.要形成如此薄的膜,肯定也离不了精密的加工技术和精良的钢材.给Torotrak加工转盘、滚轮的是光洋精工（去年初和丰田工机合并,现在的名字叫JTEKT）,它的当家产品就是滚珠轴承.无独有偶,日本精工NSK也为Jatco加工类似的部件,不用说也知道NSK是干什么的.Jatco为日产制造的Extroid被称为半圆环曲面变速器,说白了就是曲面的圆弧短了点,速比变化范围只有4.36,不得不借助液力变扭器滋补一下扭力,但也不是说它无扶鸡之力,只要车子一动起来,变扭器就能立即锁住,无需再劳动了.相比之下Torotrak的底气要冲一些,它的演示机型速比跨度已经达到了6.05,所以才敢号称“无限可变”.　　典型的圆环曲面变速器由两组机构串列而成,这样传递的扭力可以加倍,而尺寸也不会比一般的齿轮式变速箱更大.由于滚轮被禁锢在圆环曲面内,其转轴用不着承受任何负载.转盘受液压驱动沿轴向夹紧,而夹紧力度则由电控装置根据传递扭矩的大小来调节.　　Torotrak完整的IVT变速器中,不仅有一个圆环曲面变速机构,还有一套行星齿轮.低速的时候,发动机一方面直接连到行星架,另一方面通过圆环曲面变速机构驱动太阳轮,从而实现从前进到倒车的速度连续变化,中间当然有完全停止的状态,因此称它速比无限可变.换言之,理论上其输出扭矩也可以变到无限大,控制系统通过控制速比就能克服很棘手的障碍,另一方面,速比的改变在曲轴仅转过半圈的瞬间里就能完成,所以不用担心因突然过载而损坏发动机或传动机构.只是这种状态下,按照美国CAFE工况测算,平均动力损耗超过19%,故而只用于倒车和起步.车速提高后,行星架被脱开,太阳轮和外齿圈被锁在一起,动力完全通过环形曲面变速机构传递.　　再回到动能回收上来,圆环曲面装置本身肯定不能吸收、存储和释放动能,干这活儿的是一个飞轮（就是图中那个虚的大圆辊子）.Torotrak的变速装置也没有取代常规的多档齿轮式变速器,它的角色其实是连接飞轮和变速器的桥梁,通过调节速比,让动能以最优的方式在两者之间来回走动,而不是完全通过刹车盘散失掉.这种模式不但结构紧凑——Torotrak相信商业化的变速单元会轻于5公斤,而且其能量传递效率甚至高过90%,明显优于电机-蓄电池模式.F1对尺寸和重量的要求都非常严苛,如果成功的话,普及到其它领域就是轻而易举的事.　　Xtrac将只提供变速单元,飞轮部分还要各车队自行开发（所以是虚的）,Torotrak可以提供控制程序方面的专家意见.