Formula 1 in KERS: Kako deluje?

Od lani, ko so se moštva začela pripravljati na sezono 2009, so dirkalniki polepljeni s takšnimi nalepkami, kot jih ima Ferrari F60 na uvodni fotografiji.

23. 2. 2009

F1

Preberite še:

Po dolgih letih, nekateri govorijo o desetletjih, je Mednarodna avtomobilistična zveza z novimi pravili poskrbela za revolucijo. Največja novost sezone 2009 je nedvomno sistem KERS (Kinetical Energy Recovery System). A ne le največja, tudi najbolj negotova.

Moštva so imela le 18 mesecev časa, da so pripravila sistem, ki pri zaviranju nakopičeno energijo shranjuje, dirkalnik pa jo nato uporablja pri pospeševanju. V času kleščenja stroškov je KERS pošteno razburil vse ekipe. Kroži podatek, da je Mercedes-Benz za napredno tehnologijo porabil kar 55 milijonov evrov.

Williams je odštel precej manj, toda kljub temu je Frank Williams lani kupil podjetje Automotive Hybrid Power Limited, ki se ukvarja s hibridno tehniko, in ga poimenoval Williams Hybrid Power Ltd. Je sir Frank ravnal po (svojem) načelu: če jih ne moreš premagati, jih kupiš?

Ferrarijev šef Luca Di Montezemolo je Maxu Mosleyju dejal, da je KERS odlična zadeva, a so z njo vsaj za tri sezone prezgodnji, v nos pa mu je šla tudi hkratna zamrznitev razvoja motorjev. Predsednik FIE je vrnil žogico, da je bil že čas, da se moštva prenehajo ukvarjati z banalnostmi, kot so pokrivanja koles, in začnejo razvijati kaj bolj revolucionarnega, kar KERS zagotovo je.

Roko na srce, nekatere ekipe so podobno tehniko na skrivaj razvijale že v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, in če bi FIA takrat zadevo legalizirala, bi bil danes razvoj KERS-a svetlobna leta daleč. Tako pa smo priča razmeram, ko se vse do Melbourna, kjer bo konec marca prva dirka sezone 2009, ne bo vedelo, katera ekipa bo novost sploh uporabila na dirki.

Zdaj je še vse v fazi preizkušanj, s katerimi so nekatere ekipe že precej daleč, nekateri capljajo, preostali, večinoma zasebniki (Force India in Red Bullovi ekipi), pa še čakajo, kaj bodo naredili njihovi motorni dobavitelji.

KERS bo zagotovo razbil startno vrsto, razlike med ekipami bodo zaradi nove tehnologije zopet večje in nekaj let bo trajalo, da se bo startna vrsta strnila v bolj konkurenčno kolono. Pravila pravijo, da KERS v letu 2009 ni obvezen, a tehnični strokovnjaki ekip zagotavljajo, da bo za zmago na nekaterih dirkališčih potreben.

V Monte Carlu naj ne bi prišel do izraza, povsem drugačna zgodba pa bo na hitrih stezah, kot je Monza. Dirkač bo s pritiskom na gumb na volanu sprostil do 400 kJ energije na krog, kar v domačem jeziku pomeni povečanje moči v osnovi med 730 in 750 'konji' močnega motorja (odvisno od ekipe) za 60 kilovatov (81, 6 'konja'), kar naj bi trajalo 6, 67 sekunde.

Prirastek moči – teh 400 kJ bo lahko dirkač v krogu izkoristil večkrat (recimo 60 kW za 2, 5 sekunde in 60 kW za 4, 17 sekunde) – naj bi omogočal lažja prehitevanja. FIA bo omejitev 400 kJ zaradi standardizirane enote krmiljenja motorja lahko nadzirala.

Teoretično je mogoče, da dirkač združi povečanje moči zadnjega dela kroga z začetkom novega (recimo na dolgi ravnini) in uporabi KERS neprekinjeno dobrih 13 sekund, saj se omejitev 400 kJ na krog teoretično 'napolni', ko dirkač prečka startno-ciljno črto, a v praksi bo to neizvedljivo, saj KERS potrebuje približno sedem sekund zaviranja (po ocenah strokovnjakov Williams Hybrid Powerja vsaj tri ovinke), da napolni baterije ali vztrajnik hibridnega sistema.

Sezona 2009 bo všeč le iznajdljivim dirkačem, ki bodo morali KERS upravljati prek navolanskega gumba (druga volanska novost 2009 je stikalo za izbiro naklona prednjega krilca), pogledovati na zaslonček, na katerem bo izpisana še preostala moč KERS-a, hkrati pa bodo morali dirkači ves čas uporabljati tudi stikalo za spreminjanje zavornega razmerja med prednjo in zadnjo osjo, kar so sicer počeli že v preteklosti, ko ni bilo KERS-a.

Hibridna novost pač prinaša več teže k zadku in drugačen vpliv na zaviranje z motorjem ob hkratni spreminjajoči se odzivnosti glede na polnost akumulatorjev. KERS razbremenjuje zadnje zavore, zato nekateri inženirji že napovedujejo, da bi razvoj takšnih sistemov utegnil pripeljati do tega, da zadnje zavore sploh ne bodo potrebne. Strokovnjaki opozarjajo na prepolnost baterij ob neuporabi KERS-a med dirkanjem in na njihovo namestitev.

Pomembno je tudi hlajenje baterij. Pri Ferrariju so v začetnih preizkusih ugotovili, da so potrebe za hlajenje sistemov v dirkalniku s KERS-om večje kar za tretjino. Moštva baterije nameščajo pod posodo za gorivo, pod nogami voznika ali v stranice dirkalnikov, nekateri pa naj bi jih preizkušali celo v prednjih krilcih (Ferrari).

Slabša stran KERS-a je dodatna masa. Najmanjša dovoljena masa dirkalnika ostaja 605 kilogramov, kar ob približno 25–35 kilogramov težkem KERS-u pomeni manj možnosti za razporejanje obtežitev za idealno uravnoteženost dirkalnika.

Robert Kubica je že potožil, da postajajo anoreksični dirkači vse pomembnejši, saj njihova manjša teža pomeni več svobode inženirjem, ki so se pri izdelavi dirkalnikov letnika 2009 ukvarjali predvsem z razporejanjem sistema KERS in potiskanjem teže proti prednji osi.

Novi aerodinamični predpisi so oklestili vpliv novih gum brez žlebov, zaradi katerih pa je oprijem na prednji osi vseeno boljši za 20 in oprijem na zadnji osi boljši za 10 odstotkov. Težava, ki jo je inženirjem prinesel KERS, je povezana še s težiščem dirkalnika in položajem komponent hibridnega sistema, nekaj pa je tudi dvomov o varnosti sistema.

Znani sta zgodbi, ko je v Red Bullovi tovarni zaradi KERS-a zagorelo, BMW-jevega mehanika pa je stresel električen tok, ko se je dotaknil dirkalnika. Tehnikom so težave povzročali tudi leteči ležaji, ki so prebijali ogljikova vlakna. Bavarci so sicer med vodilnimi pri razvoju KERS-a, ki so ga preizkusili že lani poleti, do novega leta pa so na stezi odpeljali že skoraj dva tisoč kilometrov.

McLaren je očitno še naprednejši s skoraj 3.800 odpeljanimi testnimi kilometri. V zaostanku so pri Ferrariju, kjer vzporedno vodijo kar dva projekta KERS: hišnega (vodja je Thierry Baritaud) in projekt dobavitelja Magnetija Marellija, kjer se izkopavajo iz velikih začetnih težav, od omenjenega italijanskega proizvajalca pa je odvisna tudi hibridna usoda Renaulta, Red Bull Racinga in Toyote.

Japonci razvijajo kar dva dirkalnika hkrati, takega z in takega brez KERS-a. Kot že rečeno, ni še natančno znano, katere ekipe bodo v Melbournu dirkale s KERS-om (za več informacij o stanju pri ekipah si poglejte okvirček), gotovo pa je, da se bodo ekipe, ki ga bodo imele, od dirkališča do dirkališča odločale, na katerih stezah ga bodo uporabile.

Pri tem odločanju pa igra veliko vlogo konstrukcija sistema. Enote hibridnega sistema so večinoma nameščene okoli posode za gorivo in motorja, njihova odsotnost pa lahko močno spremeni težišče dirkalnika. Pri Williamsu so takšne težave rešili s povečano posodo za gorivo.

Williamsov Sam Michael razlaga, da v začetku sezone pričakuje, da bodo dirkalniki s KERS-om na krog hitrejši za desetinko ali dve, proti koncu pa utegne razvoj KERS-a potegniti iz kroga tudi več kot polsekundno prednost. Hondin Nick Fry govori o prednosti štiri desetinke na kvalifikacijski krog, njegov tehnični kolega Ross Brawn pa vidi v Barceloni na startu (KERS bo aktiven nad hitrostjo 100 km/h) na poti do prvega ovinka prednost 20 metrov, kar so približno trije dirkalniki.

Za uporabo KERS-a na startu mora biti do prvega ovinka vsaj 400 metrov. BMW-jev testnik Christian Klien pravi, da KERS prinaša prednost le v srednjih prestavah, dirkači pa poročajo o neprogresivnem serviranju dodatne moči in potrebi po pazljivem pospeševanju. KERS bo nedvomno gonilo razvoja F1 v bližnji prihodnosti.

Zaradi omejitve 400 kJ se bodo inženirji med sezono pri razvoju osredotočali na materiale in sestavo ter zmanjševali maso komponent hibridnega sistema, v bolj oddaljeni prihodnosti pa ekipe čaka še izkoriščanje druge energije, predvsem toplotne.

KERS – tehnika

S stališča uporabnosti sta za tovrstno hranjenje pri zaviranju nastale energije (temu rečemo regenerativno zaviranje) primerna dva načina, mehanski in električni. Oba tudi v avtomobilizmu nista nova, kot pri vseh tehničnih rešitvah pa gre pri izbiri sistema tudi tu za robne pogoje, ki jih je za F1 predpisala FIA in ki jih zahteva dirkanje že samo po sebi.

Mehanski sistem. Ko vozilo zavira, se del energije, potrebne za zmanjševanje hitrosti, prenese v neki akumulator različnih oblik mehanske energije. Ena možnost je stisnjen zrak, druga, precej primernejša za dirkalnike F1, pa je pogon vztrajnika. Tako so se odločili pri Wiliamsu: generator na menjalniku ustvarja električno energijo, ki poganja elektromotor, vgrajen v vztrajnik mase pet kilogramov iz ogljikovih vlaken.

Vztrajnik se zavrti z do 64.500 vrtljaji v minuti, njegov največji navor pa znaša 18 njutonmetrov. Vztrajnik se zaradi kar se da majhnega trenja vrti v vakuumu in tako ‘čaka’, da bo voznik od njega zahteval v njem nakopičeno energijo; takrat se navor vztrajnika v nasprotni smeri (elektromotor v njem 'postane' generator, generator na menjalniku pa elektromotor) prenese prek menjalnika in pomaga poganjati kolesa.

Električni sistem. Ko vozilo zavira, se del energije, potrebne za zmanjševanje hitrosti, prenese v neki akumulator električne energije. Ena možnost so kondenzatorji z veliko zmogljivostjo, druga, precej primernejša za dirkalnike F1, pa so baterije.

Tako so se odločili pri McLarnu, Ferrariju in drugih, ki stavijo na to možnost: med pogonskimi kolesi in motorjem je enota elektromotor/generator, ki v času zaviranja deluje kot generator električne energije. To shranjuje v baterijah, kjer energija 'čaka' na ukaz voznika; takrat se obrne smer električnega toka in ta prične poganjati elektromotor, ki pomaga gnati kolesa. V tem sistemu je nepogrešljiva tudi nadzorna elektronika.

Vsaka od rešitev ima dobre in slabe strani. Mehanska rešitev je v prednosti, zato ker lahko vztrajnik namestijo stran od sklopa motor/menjalnik in zato ker je po svojem delovanju razmeroma preprosta. Seveda v tako zahtevnih okoljih zahteva odlično krmiljenje, a manj ‘nagaja’ pri konstrukciji celotnega dirkalnika in je zanesljivejša.

Pomanjkljivost te rešitve pa je obveznost zmogljivega krmilnika, poleg tega sistem v celoti zavzame več prostora. S tega zornega kota se zdi električni sistem precej prijaznejši, a zahteva namestitev nezanemarljivo velikega in težkega elektromotorja/generatorja med pogonska kolesa in motor, druga velika težava pa so baterije.

Za to, da bi se sistem lahko kvalificiral kot alternativa mehanskemu v dirkalniku F1, morajo biti baterije zmožne izjemno hitro črpati električno energijo v obe smeri. Večina baterij tega ne zmore, če pa že, se pri tem izjemno segrevajo. To zahteva dodaten sistem hlajenja, kar je spet dodaten pritisk na celotno zasnovo avtomobila od aerodinamike naprej.

Tisto, čemur smo priča pri različnih hibridih za osebne avtomobile, tu še zdaleč ne zadostuje – nikelj-kadmijevi akumulatorji temu niso kos, še najbliže tem zahtevam so litij-ionske. Nekateri so celo razmišljali o baterijah svinec-natrij, a so te preprosto – pretežke!

V osnovi sta obe rešitvi uporabni tudi v vsakdanjih avtomobilih, toda kot vsa preostala tehnika tudi ta sistema v konkretni izvedbi še zdaleč nista primerna za vsakdanjo rabo; v primeru električne hrambe so posebej prirejene baterije po eni dirki zrele le še za reciklažo, v osebnem avtomobilu pa jih hočemo imeti vsaj nekaj let.

In kot pri vsej drugi mehaniki za dirke, v katerih se vrti toliko denarja, bodo drobne rešitve vedno v javnost capljale leto, dve, tri ali več. Navsezadnje tudi moštva še vedno bolj ali manj tavajo v temi; najprimernejša rešitev pri danih pogojih in omejitvah se bo pokazala šele po eni, če ne celo po dveh sezonah dirk.

To pa pomeni, da se lahko zgodi, da se bo v dveh sezonah v točkovanju marsikaj pomešalo; če Ferrari ali McLaren zaideta v slepo ulico, ju lahko moštvo s sredine ali celo z repa (po dosedanjih rezultatih) prehiti. To pa utegne biti zelo zanimivo.

Načrt FIE (KERS)

2009 – 400 kJ, 60 kW

2011 – 800 kJ, 100 kW

2013 – 1.600 kJ, 200 kW

Kdo s KERS-om v sezono 2009

V sezoni 2009 bomo videli dirkalnike s KERS-om, dirkal­nike, narejene za KERS, a brez njega, ter dirkalnike brez KERS-a. Zaradi prepovedi medsezonskih testiranj je zelo verjetno, da moštva, ki v Melbourneu ne bodo dirkala s KERS-om, le-tega v letu 2009 ne bodo uporabila, saj bi bilo preveč tvegano. Čeprav drži, da so ekipe 90 odstotkov testiranja sistemov KERS opravile na testnih mizah.

McLaren-Mercedes

Vodilno moštvo tako po prevoženih kilometrih s KERS-om kot tudi po majhnem številu težav s hibridnim sistemom, ki ga razvijajo pri Mercedes-Benzu v Brixworthu. Generator je pri McLarnu MP4-24 nameščen na ohišje menjalnika, baterije so v levi stranici, elektromotor pa je v monokoku, tam, kjer je bila prej posoda z oljem. McLaren načrtuje, da bodo KERS uporabili že na prvi dirki.

Ferrari

Ferrarijev dobavitelj KERS-a Magneti Marelli je zašel v težave, hkrati pa so imeli rdeči težave z vibrirajočim prednjim krilcem, v katerem naj bi imeli nameščene baterije KERS-a, ki so jih pomagali razviti pri dobavitelju ameriške NASE. Baterije v nosu pomagajo pri uravnoteženju dirkalnika. Ferrari je s KERS-om v zaostanku, imeli so težave s hlajenjem, zato je vprašljiva njegova vgradnja v dirkalnik za nastop v Albert Parku.

BMW

Največji podporniki KERS-a, ki so edini protestirali proti preložitvi uporabe sistema za leto dni, sistem testirajo na stezi že od julija 2008, na testni mizi pa so imeli hibridni pogon že marca lani. Elektromotor BMW-ja tiči v ohišju iz ogljikovih vlaken. Bavarci bodo sistem KERS zelo verjetno uporabili že na prvi dirki sezone 2009, čeprav so imeli na testiranjih nekaj težav z vzdržljivostjo baterij, dirkači pa so bili nezadovoljni z obnašanjem dirkalnika pri zaviranju, ko se KERS polni.

Renault

Veliki kritiki vpeljave KERS-a (tehnični direktor Bell je zelo zaskrbljen zaradi varnosti) so odvisni od Magneti Marellija, ki razvija elektromotor v kovinskem ohišju. Na testiranjih so imeli Francozi težave s pregrevanjem. Pri Renaultu zelo verjetno sistema KERS še ne bodo uporabili na prvih dirkah sezone.

Williams-Toyota

Pri Williamsu edini stavijo na shranjevanje energije v vztraj­niku. Na testni mizi se je že zavrtel z želeno hitrostjo, na testiranju še ne. Pri Williamsu načrtujejo, da bodo KERS uporabili že na veliki nagradi Avstralije.

Toyota

Toyota je veliko kilometrine s KERS-om nabrala predvsem na testnih mizah. Pascal Vasselon pravi, da ga na prvih dirkah ne bodo uporabili, saj jim ne dopušča nič manevrskega prostora pri razporeditvi teže, hkrati pa niso prepričani, ali je tistih dobrih šest sekund na krog dovolj. Japonci bodo torej v deželo tam spodaj potovali brez KERS-a, ki bo vgrajen v B-različico letošnjega dirkalnika.

Drugi

Force India, Toro Rosso in Red Bull Racing ne uporabljajo svojih sistemov, zato so odvisni od motornih dobaviteljev. Force India od Mercedes-Benza, Toro Rosso od Ferrarija in RBR od Renaulta. Red Bullovi moštvi se v Avstraliji skoraj zagotovo ne bosta pojavili s KERS-om. Indijci morajo Ferrariju plačati 2, 5 milijona dolarjev za predčasno prekinitev pogodbe o dobavi motorjev, nato sledi prenos denarja k podjetju iz Stuttgarta. KERS je pri Force India za Melbourne mogoč.

Vinko Kernc, Mitja Reven, foto: Moštva

Na spletnih straneh Adria Media Ljubljana uporabljamo piškotke z namenom zagotavljanja spletne storitve, oglasnih sistemov in funkcionalnosti, ki jih brez njih ne bi mogli nuditi.

Z nadaljnjo uporabo spletnih mest soglašate z uporabo piškotkov.
Če piškotkov ne želite, jih lahko onemogočite v nastavitvah

zapri