F1这两年在倒腾啥 聊聊ERS能量回收系统

　　【太平洋汽车网 技术频道】近几年F1被吐槽得挺厉害，说它背离了民用没有存在的意义，我个人认为吧，只有走在大家的认识的前面，把“什么鬼”做成“好牛X”才是我们所崇拜的F1。每一个被民用的F1技术在成熟前，有谁知道这东西有多值得让人为之努力？关于坚持不懈终能有机会成功的鸡汤我看有些人得好好地来一碗了。

　　言归正传，到底这两年的F1在倒腾什么呢，钱都烧哪去了？我听见有人说了，（“又不是烧你的钱你紧张啥？”…… 这问题问得我尴尬病都犯了，虽然的确烧的不是我的钱，但是……我就爱问你管你管我你管我啊！）是的：ERS，也就是Energy Recovery System的简称，这是一个包含了动能回收（ERS-K）和热能回收（ERS-H）的能量回收系统。

● ERS是什么？

　　从图上可以发现，这套动力单元比平时我们常见的动力单元要多出了四样部件：储能电池、动能电机（MGU-K）和热能电机（MGU-H）和控制单元。

　　撇开不明觉厉的上图，简单讲讲这动能回收的是来自哪里的能量，热能回收的又是来自哪里的能量。

　　动能回收系统（ERS-K）回收的是刹车的时候所浪费的动能，汽车不是玩具车你推得快他跑得快，你想它慢就推慢点，你想它停就停止用手推它这样的，刹车不是切断发动机的动力，而是切断传动轴输送到车轮的动力，当刹车的时候引擎动力是被浪费的，所以这部分的回收潜力和价值非常大。

　　热能回收系统（ERS-H）顾名思义是回收热能的，这个热量来自发动机的废气。这些发动机的热能量是很大的，然而被利用的热能仅有30%- 40%，剩下的热能都以泵气、机械、冷却不完全燃烧以及排气能等被损耗掉，排气的热损失占了很大一部分，MGU-H的作用就是将排气热损失的回收利用，在 日常生活中，它的回收主要可以作用在我们高速行驶的时候。

　　一句话总结以上的内容就是：动能回收系统（ERS-K）是回收来自刹车所浪费的动能的，ERS-H是回收来自废气的热能。所以能量回收系统ERS到底把那些能量回收到哪儿去了呢？

　　看到这里想必大家应该都知道MGU-K和MGU-H这两台电机都是将动能/热能转化为电能的机器，所以储存容器就是电池了，在这套系统里，我们管它叫ES，也就是Engery Store的简称。这块电池在F1整个动力单元上重量仅占了20kg，电机的输出功率达到120kw。能量回收以后通过ERS控制单元管理能量的输入、输出以及控制动能回收系统直接向动能回收系统直接输出能量。

　　两个能量回收电机的安装位置分安装在如图的位置，MGU-K安装在曲轴附近位置，与曲轴相连。MGU-H安装在涡轮器附近位置，与涡轮同轴。

　　动能回收电机（MGU-K）工作（回收动能）时，曲轴通过齿轮将动力传输到电机。

　　热能回收电机（MGU-H）工作（回收热能）时，涡轮增压器工作的同时，带动同轴的热能回收电机转动。

● ERS的工作原理

　　说得这么神，那么这个能量回收系统是在什么情况下回收并利用能量的呢？前方本文高能内容预警。

　　下面笔者在加速、减速、超车、出减速区这四个比较常见典型的行车状态来解释这个牛X轰轰的ERS是怎么让强者更强。

　　上文有提过，刹车的时候发动机输出的动能是被浪费的，当有了动能回收系统的存在后，原本浪费掉的那部分动能在刹车的时候被回收。动能回收系统（MGU-K）与曲轴连接，在刹车的时候，动力从曲轴输出，通过一系列齿轮传动，将动力传送到MGU-K，然后再通过动能回收系统控制器（CE）将能量储存到电池（ES）。

　　加速的时候ERS一般会根据引擎的需要分成两种工作情况，一种是需要给电池充电，另一种是不需要给电池充电。如上图，蓝色的箭头所指就是给电池充电工作状态的路径，而红色的将头所指则是在热能回收电机回收了热能以后，能量不经过电池，直接提供给动能回收系统（MGU-K），以快速提供给发动机使用。

　　关于此处出减速区，笔者需要解释解释，它可以是1.出弯，2.出减速带，3.“前方路口有违章测速”以后……
　　通过以上解释，大家应该都能理解车辆这时是一个由高速－低速－高速的运行状态，由于减速后排气相应的减少，涡轮开始减速，但在随后开始出减速区需要加速的时候，涡轮增压器无法快速进入增压状态，从而导致了发动机增压过晚，也就是我们常说的涡轮迟滞现象，而热能回收系统在这个时候释放能量给热能电机，带动与之同轴的涡轮迅速进入增压状态，以消除涡轮迟滞，它的最高转速能达到125000rpm。

　　由于超车的时候需要更大的动力输出，当加速的需求过高的时候，电池会释放电能提供给动能回收系统，与此同时，热能回收系统所回收的能量也直接提供给动能回收系统，从而满足发动机更强的动力需求，完成超车。

● 结语：

　　看起来似乎很简单的一个系统，动能回收系统更是早已民用，为什么F1还要去大费资金去玩？这并不是能从整个能量回收系统（ERS）中单独来讨论的，在这台系统中从上文的介绍就可以知道，ERS-K和ERS-H的工作配合是密不可分的，相互配合的。同时ERS-H的转速可达到125000rpm，要知道超过十万转速的电机在工业领域还是一张白纸，并且还是在如此高温的环境下工作，这对电机更是很大一项考验。

　　例如2015赛季迈凯轮本田车队就因此在赛场上频频退赛，积分历史最差也是不可避免的，因为只要热能回收系统一出问题对整个动力单元的影响是巨大的，对引擎开发商来说，掌握了这个技术就是能玩转整个赛季的节奏，比如梅赛德斯-奔驰车队。

　　在这样的一个系统加入规则中，让很多的引擎制造商望而却步，也降低了比赛精彩层度，必然会流失一部分的观众，但不得不说，克服了困难以后这项技术于民用领域是一项巨大的进步，对于未来汽车工业的发展有着很巨意义，究竟是何取舍还得看FIA的了。（图/文：太平洋汽车网 迟东宁）