F1的能量回收系统是什么？

动能回收系统不久前表示，国际汽联打算实施新的F1规则，主要目的是减少赛车对环境的影响，降低成本，让赛车技术对现实世界更有价值。其中一个要求就是把减速的能量省下来用于加速，让转弯后的加速更猛，或者说“拖尾-抛-超车”的进攻更容易成功。现在，第一个商业产品正在研发中，Xtrac已经获得了Torotrak的专利授权。它将利用后者的环面传动方案开发出高效、紧凑、无级变速的传动装置，在F1赛车上实现动能回收的思想。而且我们很容易预见它会出现在普通的公路车辆上。这里所谓的甜甜圈面是指甜甜圈内圈的表面形状。你可以想象一个甜甜圈，用沙子填满它中间的洞。如果你有能力把甜甜圈吃干净，那么剩下的沙模就是甜甜圈面。是不是像沙漏瓶的腰？在这个细腰的中间切开的是Torotrak变速器的核心——两个尖端对尖端的转盘，其中一个用作动力输入，另一个别无选择，只能用于输出。光靠两个尖塔是传递不了动力的，更别说变速了。因此，两个或三个滚筒被放置在转盘之间。当两个转盘以相反方向夹紧时，这些滚轮将被夹紧。当输入转盘转动时，它会随着滚轮转动，输出转盘自然也会随之转动。可以看出，力是通过滚动摩擦传递的。那么如何实现变速呢？让滚轴摆动就行了。开始时，滚轮的一边压在输入转盘半径较大的位置，另一边压在输出转盘靠近尖顶的地方，就是低档。随着滚筒的摆动，速比会越来越小，这种变化是连续的，也就是CVT。目前市场上常见的CVT是滑轮+皮带或者链条。与之相比，这种超环面传动效率更高，能传递更大的扭矩。Torotrak的演示车是一辆福特SUV，5.4升V8发动机475牛·米的扭矩充分证明了这种传动方案的承载能力。Torotrak还将变速器命名为IVT，即无级变速器，以示区别。还记得阿特金森循环吗？人类的许多发明都要在历史的长河中潜水几代才能取得积极的成果，环面曲线传动也是如此。早在1877年，查尔斯·亨特就申请了专利，但直到1920s才被弗兰克·海斯改进后推向市场，并在1930左右安装在奥斯汀7号上。在1960 ~ 1980期间，Perbury公司不断对其进行改进，成果甚至感动了军方。它被用来驱动著名的鹞式战斗机上的25千瓦发电机。虽然扭矩不是很大，但是转速极高，从7000转到17000转。1986年，BTG集团接手相关业务，十几年后，掌握这项技术的部门离开了BTG，今天的Torotrak应运而生。如今，材料的发展使得这种传动机制日益完善。理论上转盘和滚轮是紧密贴合的，可以产生摩擦力，但实际上并没有真正接触，这要归功于一种专门研发的长分子链摩擦液。这种液体的粘度在压力下也会大大增加，既能传递摩擦力，又能形成0.05到0.4微米的液膜将转盘和滚筒分开。要形成这样的薄膜，当然离不开精密的加工技术和优良的钢材。对于Torotrak，杨光精工(去年年初与丰田公基合并，现在的名字是JTEKT)加工转盘和滚子，其主要产品是滚珠轴承。巧合的是，日本精工NSK也为Jatco加工类似的零件，不用说，我们也知道NSK是做什么的。Jatco为日产制造的Extroid称为半圆形曲面变速器。说白了就是曲面的圆弧有点短，速比变化只有4.36。我们要用液力变矩器滋养扭矩，但不代表不能扶鸡。只要汽车移动，变矩器可以立即锁定，无需任何人工。相比之下，Torotrak更具攻击性，其演示模型速比跨度达到了6.05，因此敢于被称为“无级变速”。典型的环面传动是由两组机构串联而成，这样传递的扭矩可以增加一倍，尺寸也不会比一般的齿轮传动大。由于滚子被约束在圆形曲面内，其转轴不需要承受任何载荷。转台由液压驱动沿轴向夹紧，夹紧力由电控装置根据传递的扭矩调节。Torotrak的完整IVT变速器不仅具有环形表面变速机构，还具有一组行星齿轮。低速时，一方面发动机直接与行星架相连，另一方面通过超环面变速机构驱动太阳轮，从而实现从前进到倒档的连续变速，当然中间还有一个完全的停止，所以称为无级变速比。换句话说，理论上它的输出扭矩也可以变得无限大，控制系统可以通过控制速比来克服非常困难的障碍。另一方面，速比的改变可以在曲轴只转半圈的瞬间完成，无需担心因突然过载而损坏发动机或传动机构。只有在这种状态下，根据美咖工况计算，平均功率损耗超过19%，所以只用于倒车和启动。当车速提高时，行星架脱开，太阳轮和外齿圈锁在一起，动力完全通过环形曲面变速机构传递。回到动能回收，环面装置本身当然不能吸收、储存和释放动能，做这个工作的是飞轮(也就是图中假想的大圆辊)。Torotrak的传动装置并没有取代常规的多速齿轮变速器，它的作用其实是连接飞轮和变速器的桥梁。通过调节速比，动能可以以一种最优的方式在它们之间来回运动，而不是通过刹车盘完全损失掉。这种模式不仅结构紧凑——toro trak认为商用的传动单元会轻于5 kg，其能量传递效率甚至高于90%，明显优于电机-电池模式。F1对尺寸和重量有严格的要求。如果成功了，就很容易推广到其他领域。Xtrac只会提供变速单元，飞轮部分由各队自行开发(所以是虚拟的)。Torotrak可以提供控制程序方面的专家建议。

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