17
września
2014
|
02:00
Europe/Warsaw

Wydajność w służbie osiągów - technologia F1 w osobowych Mercedesach

W wyścigach Formuły 1 liczą się głównie osiągi, jednak zgodnie z obowiązującymi w tym sezonie regulacjami, najlepsze czasy okrążeń można uzyskać jedynie dzięki maksymalnej wydajności. To wyzwanie, z którym projektanci osobowych Mercedesów mają do czynienia niemal od zawsze. Jak przebiega transfer technologii pomiędzy inżynierami ze Stuttgartu oraz z Brackley, gdzie mieści się siedziba zespołu MERCEDES AMG PETRONAS?

- Często jesteśmy pytani, czy rzeczywiście dochodzi do technologicznej synergii między bolidami F1 a samochodami osobowymi. Odpowiadamy wówczas głośno: "tak". Ale polega ona na bardziej subtelnych rozwiązaniach niż zwyczajne montowanie części z jednego pojazdu do drugiego - mówi Paddy Lowe, dyrektor techniczny zespołu MERCEDES AMG PETRONAS. - Są oczywiście przykłady transferu bezpośredniego, na przykład technologia powlekania gładzi cylindrów NANOSLIDE. W ramach transferu pośredniego bolid F1 służy jako jeżdżące laboratorium do badania technologii, które w przyszłości mogą trafić do aut seryjnych.

- Nim do produkcji masowej weszły rozwiązania takie jak bezpośredni wtrysk paliwa, najpierw sprawdzono je w Srebrnych Strzałach. - dodaje prof. Thomas Weber, Członek Zarządu koncernu Daimler odpowiedzialny za rozwój samochodów Mercedes-Benz. - Dzisiaj wyzwania w konstrukcji bolidów F1 odpowiadają tym, jakie spotykamy przy projektowaniu zaawansowanych aut drogowych, takich jak S 500 PLUG IN HYBRID, i sprowadzają się do odpowiedzi na jedno pytanie - jak zamienić wydajność w wyśmienite osiągi?

Gdy Mercedes-Benz jako zespół zadebiutował w Formule 1 w 2010 roku, zaczął robić to, co potrafi najlepiej - ciężko pracować i inwestować w inżynierię. Równolegle do zmagań na torze rozwijano nową technologię, kluczową z punktu widzenia tegorocznych regulacji – począwszy od systemu KERS (rok 2009), pierwszego podejścia do hybryd w F1, oraz niskoseryjnego, elektrycznego supersamochodu SLS AMG Electric Drive, aż do zbudowania w pełni hybrydowego bolidu W05 Hybrid na rok 2014. Rozwój technologii hybrydowej następuje błyskawicznie:

• w pierwszej wersji system KERS ważył 107 kg i osiągał wydajność energetyczną 39 proc. (rok 2007)
• w 2009 roku jego masa spadła do 25,3 kg, a wydajność wzrosła do 70 proc.
• trzy lata później KERS ważył mniej niż 24 kg i legitymował się wydajnością na poziomie 80 proc.

W bieżącym sezonie współpraca pomiędzy zespołem MERCEDES AMG PETRONAS a oddziałem aut osobowych Mercedes-Benz przebiega jeszcze intensywniej. Dzisiaj kluczowe jej obszary to:

• napęd hybrydowy: zarówno bolidy F1, jak i samochody cywilne poczyniły ogromny skok na polu wydajności. Zespoły rozwojowe po obu stronach pozostają w stałym kontakcie i korzystają ze wspólnych osiągnięć w ramach technologii takich jak silniki elektryczne, akumulatory czy system sterowania. Bolid W05 Hybrid jest o około 35 proc. wydajniejszy od poprzednika i nie inaczej jest z nową Klasą S 500 PLUG IN HYBRID - napędza ją układ hybrydowy o mocy 325 kW (442 KM) oraz 650 Nm maksymalnego momentu obrotowego. Limuzyna rozpędza się od zera do "setki" w 5,2 s, może przejechać dystans 33 km bez użycia silnika spalinowego, a jej średnie zużycie paliwa na dystansie 100 km wynosi 2,8 l/100 km - i nie jest to wyłącznie efekt pomiaru w laboratorium.

Kolejnym etapem rozwoju technologii hybrydowej będzie ładowanie bezprzewodowe, znacznie bardziej komfortowe niż korzystanie z kabla. System składa się z uzwojenia pierwotnego, zamontowanego np. w podłodze garażu, i uzwojenia wtórnego w podwoziu samochodu. Energia elektryczna przesyłana jest bezprzewodowo; ładowarka ma moc 3,6 kW, a stopień jej wydajności wynosi 90 proc. Już niebawem Mercedes-Benz rozpocznie testy tego rozwiązania, a w niedługiej przyszłości zaoferuje je swoim klientom. Koncern Daimler rozwija tę technologię we współpracy z firmą BMW.

• symulacje: dokładne symulacje pomagają w skutecznym osiąganiu najlepszych rezultatów oraz optymalizacji technologii. Narzędzia symulacyjne w zakresie produkcji i montażu pozwoliły na dostarczenie 5 tys. elementów i niemal 15 tys. rysunków w ciągu 4 miesięcy. Zespół F1 korzysta z bogatego doświadczenia Daimlera m.in. w zakresie symulatorów jazdy oraz modelowania opon.

• aerodynamika: na pierwszy rzut oka bolidy F1 i samochody drogowe nie mają tu wiele wspólnego. Przy ich projektowaniu korzysta się jednak z tych samych narzędzi, w tym tunelu aerodynamicznego oraz modelowania CFD (Computational Fluid Dynamics).

• turbodoładowanie: przygotowanie do tegorocznego sezonu rozpoczęło się przed trzema laty od współpracy z dostawcami zewnętrznymi; równolegle nastąpił intensywny rozwój w zakresie układów doładowania w laboratoriach Mercedes-Benz. Głównym celem było tu uzyskanie harmonijnej, wysokoobrotowej charakterystyki silnika.

• trybologia: w celu ograniczenia tarcia w silniku skupiono się zarówno na optymalizacji smarowania, jak i współpracujących powierzchni. Substancje smarne były opracowywane pod kątem specyficznych warunków pracy tegorocznej jednostki napędowej. 1,6-litrowy, turbodoładowany silnik V6 pracuje przy wyższych temperaturach niż montowana wcześniej V-ósemka, a jego cylindry zmagają się z około 10 proc. większym obciążeniem. Olej musi niekiedy spełniać sprzeczne wymagania - działać jako chłodziwo, a jednocześnie zapewniać właściwą ochronę przed zużyciem i stawiać niski opór. Zespół F1 wraz z firmą PETRONAS opracował mieszankę syntetycznych baz olejowych oraz zestawy dodatków pozwalających pogodzić te cele. Od 2010 roku powstało ponad 50 odmian olejów do silników, skrzyń biegów oraz układów hydraulicznych, a technologicznym partnerstwem objęto też oleje do drogowych Mercedesów, w tym do sportowych modeli AMG.


W celu ograniczenia tarcia stosuje się też nowe powłoki o specjalnych właściwościach. Dla przykładu, gładzie cylindrowe jednostki F1 – tam, gdzie tarcie przyczynia się do największych strat energii w silniku - pokrywa nanokrystaliczna powłoka NANOSLIDE, charakteryzująca się wyjątkową gładkością i wytrzymałością. Od 2006 roku technologię NANOSLIDE zastosowano już w ponad 200 tys. silników, w tym w sportowych motorach AMG V8.

• lekka konstrukcja: w tym względzie Formuła 1 znacznie wyprzedza samochody cywilne. Ograniczanie masy własnej to jeden z głównych priorytetów w historii sportu motorowego - czego dowodzi zresztą przypadek sprzed 80 lat, gdy inżynierowie zdarli białą farbę z bolidu Mercedesa, by spełnić 750-kilogramowy limit wagowy. W ten sposób narodziła się zresztą legenda Srebrnych Strzał. W konstrukcji bolidów F1 aluminium ustąpiło dziś miejsca inteligentnej mieszance materiałów, z włóknami węglowymi na czele. W autach seryjnych ten proces zachodzi z opóźnieniem - producenci częściej niż kiedykolwiek wcześniej sięgają po aluminium, rzadko decydują się natomiast na wprowadzanie elementów z karbonu. Mercedes-Benz jest na tym polu pionierem - w 2003 roku model SLR McLaren jako pierwszy samochód cywilny otrzymał konstrukcję przedniego pasa wykonaną właśnie z włókien węglowych. Z tego samego materiału zbudowano kabinę pasażerską. Dziś służy on do produkcji m.in. klapy bagażnika w SL-u oraz elementów ospojlerowania w modelach AMG z serii Black Series.

- Wszyscy reprezentujemy podobny system myślenia - chcemy opracować najlepsze rozwiązania i zrobić to szybko - podkreśla prof. Thomas Weber. - Współpraca techników F1 i inżynierów odpowiedzialnych za rozwój aut osobowych to dla mnie taka sama frajda jak obserwacja zmagań zespołu MERCEDES AMG PETRONAS na torze.

- Jesteśmy dziś świadkami zmiany w podejściu do projektowania samochodów. Sprawdzone metody prób i błędów zastępuje się symulacjami komputerowymi. Myślę, że nie przesadzę, jeśli stwierdzę, że Daimler od samego początku jest na tym polu liderem. Koniec końców przepis na zwycięstwo, czy to na torze, czy na drodze, to połączenie najlepszych ludzi i najlepszej metodologii - powiedział dr Joachim Schommers, szef centrum kompetencji silników Mercedes-Benz.