F1這兩年在倒騰啥 聊聊ERS能量回收系統

　　【太平洋汽車網 技術頻道】近幾年F1被吐槽得挺厲害，說它背離了民用沒有存在的意義，我個人認為吧，只有走在大家的認識的前面，把“什么鬼”做成“好牛X”才是我們所崇拜的F1。每一個被民用的F1技術在成熟前，有誰知道這東西有多值得讓人為之努力？關于堅持不懈終能有機會成功的雞湯我看有些人得好好地來一碗了。

　　言歸正傳，到底這兩年的F1在倒騰什么呢，錢都燒哪去了？我聽見有人說了，（“又不是燒你的錢你緊張啥？”…… 這問題問得我尷尬病都犯了，雖然的確燒的不是我的錢，但是……我就愛問你管你管我你管我啊！）是的：ERS，也就是Energy Recovery System的簡稱，這是一個包含了動能回收（ERS-K）和熱能回收（ERS-H）的能量回收系統。

● ERS是什么？

　　從圖上可以發現，這套動力單元比平時我們常見的動力單元要多出了四樣部件：儲能電池、動能電機（MGU-K）和熱能電機（MGU-H）和控制單元。

　　撇開不明覺厲的上圖，簡單講講這動能回收的是來自哪里的能量，熱能回收的又是來自哪里的能量。

　　動能回收系統（ERS-K）回收的是剎車的時候所浪費的動能，汽車不是玩具車你推得快他跑得快，你想它慢就推慢點，你想它停就停止用手推它這樣的，剎車不是切斷發動機的動力，而是切斷傳動軸輸送到車輪的動力，當剎車的時候引擎動力是被浪費的，所以這部分的回收潛力和價值非常大。

　　熱能回收系統（ERS-H）顧名思義是回收熱能的，這個熱量來自發動機的廢氣。這些發動機的熱能量是很大的，然而被利用的熱能僅有30%- 40%，剩下的熱能都以泵氣、機械、冷卻不完全燃燒以及排氣能等被損耗掉，排氣的熱損失占了很大一部分，MGU-H的作用就是將排氣熱損失的回收利用，在 日常生活中，它的回收主要可以作用在我們高速行駛的時候。

　　一句話總結以上的內容就是：動能回收系統（ERS-K）是回收來自剎車所浪費的動能的，ERS-H是回收來自廢氣的熱能。所以能量回收系統ERS到底把那些能量回收到哪兒去了呢？

　　看到這里想必大家應該都知道MGU-K和MGU-H這兩臺電機都是將動能/熱能轉化為電能的機器，所以儲存容器就是電池了，在這套系統里，我們管它叫ES，也就是Engery Store的簡稱。這塊電池在F1整個動力單元上重量僅占了20kg，電機的輸出功率達到120kw。能量回收以后通過ERS控制單元管理能量的輸入、輸出以及控制動能回收系統直接向動能回收系統直接輸出能量。

　　兩個能量回收電機的安裝位置分安裝在如圖的位置，MGU-K安裝在曲軸附近位置，與曲軸相連。MGU-H安裝在渦輪器附近位置，與渦輪同軸。

　　動能回收電機（MGU-K）工作（回收動能）時，曲軸通過齒輪將動力傳輸到電機。

　　熱能回收電機（MGU-H）工作（回收熱能）時，渦輪增壓器工作的同時，帶動同軸的熱能回收電機轉動。

● ERS的工作原理

　　說得這么神，那么這個能量回收系統是在什么情況下回收并利用能量的呢？前方本文高能內容預警。

　　下面筆者在加速、減速、超車、出減速區這四個比較常見典型的行車狀態來解釋這個牛X轟轟的ERS是怎么讓強者更強。

　　上文有提過，剎車的時候發動機輸出的動能是被浪費的，當有了動能回收系統的存在后，原本浪費掉的那部分動能在剎車的時候被回收。動能回收系統（MGU-K）與曲軸連接，在剎車的時候，動力從曲軸輸出，通過一系列齒輪傳動，將動力傳送到MGU-K，然后再通過動能回收系統控制器（CE）將能量儲存到電池（ES）。

　　加速的時候ERS一般會根據引擎的需要分成兩種工作情況，一種是需要給電池充電，另一種是不需要給電池充電。如上圖，藍色的箭頭所指就是給電池充電工作狀態的路徑，而紅色的將頭所指則是在熱能回收電機回收了熱能以后，能量不經過電池，直接提供給動能回收系統（MGU-K），以快速提供給發動機使用。

　　關于此處出減速區，筆者需要解釋解釋，它可以是1.出彎，2.出減速帶，3.“前方路口有違章測速”以后……
　　通過以上解釋，大家應該都能理解車輛這時是一個由高速－低速－高速的運行狀態，由于減速后排氣相應的減少，渦輪開始減速，但在隨后開始出減速區需要加速的時候，渦輪增壓器無法快速進入增壓狀態，從而導致了發動機增壓過晚，也就是我們常說的渦輪遲滯現象，而熱能回收系統在這個時候釋放能量給熱能電機，帶動與之同軸的渦輪迅速進入增壓狀態，以消除渦輪遲滯，它的最高轉速能達到125000rpm。

　　由于超車的時候需要更大的動力輸出，當加速的需求過高的時候，電池會釋放電能提供給動能回收系統，與此同時，熱能回收系統所回收的能量也直接提供給動能回收系統，從而滿足發動機更強的動力需求，完成超車。

● 結語：

　　看起來似乎很簡單的一個系統，動能回收系統更是早已民用，為什么F1還要去大費資金去玩？這并不是能從整個能量回收系統（ERS）中單獨來討論的，在這臺系統中從上文的介紹就可以知道，ERS-K和ERS-H的工作配合是密不可分的，相互配合的。同時ERS-H的轉速可達到125000rpm，要知道超過十萬轉速的電機在工業領域還是一張白紙，并且還是在如此高溫的環境下工作，這對電機更是很大一項考驗。

　　例如2015賽季邁凱輪本田車隊就因此在賽場上頻頻退賽，積分歷史最差也是不可避免的，因為只要熱能回收系統一出問題對整個動力單元的影響是巨大的，對引擎開發商來說，掌握了這個技術就是能玩轉整個賽季的節奏，比如梅賽德斯-奔馳車隊。

　　在這樣的一個系統加入規則中，讓很多的引擎制造商望而卻步，也降低了比賽精彩層度，必然會流失一部分的觀眾，但不得不說，克服了困難以后這項技術于民用領域是一項巨大的進步，對于未來汽車工業的發展有著很巨意義，究竟是何取舍還得看FIA的了。（圖/文：太平洋汽車網 遲東寧）