De flesta banbaserade racerbilar har några knep i rockärmen för att klara konkurrenterna. Eftersom det är motorsportens höjdpunkt är F1-bilar inte främmande för komplicerade system utformade för att få bilarna att gå snabbare.
Ett sådant system är KERS. Den introducerades 2009 för att stödja F1:s dubbla strategi för att främja utvecklingen av miljövänliga och vägbilsrelevanta tekniker inom F1-racing men antogs inte allmänt förrän 2011.
Det har funnits på alla bilar sedan dess.
Vad är KERS och hur fungerar det?
KERS står för Kinetic Energy Recovery System. Varje gång du bromsar för att bromsa din bil går den kinetiska energin förlorad i form av värme från friktionen mellan bromsbeläggen och själva hjulet. En KERS utnyttjar denna energi istället och sparar den för att kunna användas senare när det är fördelaktigt för föraren.
Det finns två huvudtyper av KERS-mekaniska och elektriska. Även om alla utbyggnader av vägbilar kan använda en mekanisk KERS, har F1-konstruktörer hittills alla antagit elektriska system.
Dessa drivs av en elektrisk generator som kallas Motor Generator Unit - Kinetic (MGU-K) som omvandlar värmen som produceras från bromsning till elektrisk energi. Den omvandlade elenergin lagras sedan i ett batteri med en FIA-reglerad kapacitet på 2MJ per varv, kallat Energy Storage (ES).
Vid behov kan föraren trycka på en knapp på sin ratt för att använda denna kraft genom att slå ihop den med motorns effekt tack vare en elmotor som vanligtvis är placerad på framsidan av motorn vevaxel.
Den totala produktionen av MGU-K regleras också av FIA. Tidigare system var begränsade till 60 kW (ungefär 80 hk) men gränsen höjdes senare till 120 kW (nästan 160 hk) 2014 för att balansera ut den svagare 1,6-liters V6:an som ersatte den äldre, kraftfullare 2,4-liters V8:an motor.
Medan de exakta specifikationerna för en F1-konstruktörs KERS-system, som helt enkelt kallas ERS i sporten, skulle vara en noga bevarad hemlighet, det ovannämnda systemet utgör grunderna för en elektrisk KERS.
MGU-K vs MGU-H
En MGU-K ska inte förväxlas med en MGU-H (Heat), som är en separat elektronisk enhet som utgör den återstående delen av en F1 ERS. Det är ett liknande koncept, men istället för att fånga upp värmen från bromsarna, fångar det istället termisk energi som genereras av motorns avgaser.
Kombinationen av de två systemen gör att batteriet nu kan laddas även när bilen inte är aktivt under bromsning. Dessutom, eftersom FIA inte ålägger några regler för MGU-H, kan all energi som genereras av den matas direkt till MGU-K och i princip kringgå alla regler för den senare.
MGU-H löser också turbofördröjning genom att använda en motor för att driva kompressorn och kräver därför inte att turbinen väntar på avgaserna. De två systemen tillsammans bildar ERS eller Energy Recovery System på en F1-bil.
Som tidigare nämnts styrs kraftutlösningen till hjulen av en knapp på förarens styrning. Team hjälper ofta förare att bromsa mer aggressivt eller växla på ett visst sätt för att ladda maximal energi varje varv eller använda den mer taktiskt.
Skiljer sig ERS från regenerativ bromsning?
Hittills, om en ERS låter mycket som den regenerativa bromsningen du ser i elbilar på vägen, har du inte fel. De är i huvudsak samma sak. Båda systemen utnyttjar ett fordons bromsning för att ladda bilbatteriet, som sedan används för att driva hjulen.
En ERS är dock mycket mer komplicerad och kraftfull än de enkla regenerativa bromsapplikationerna du ser i vägbilar. Vägbilar har regenerativa bromssystem som är inriktade på att ladda batteriet så mycket som möjligt utan att få föraren att bromsa hela tiden för att få ut något ur systemet.
Detta har bidragit till att uppnå det som kallas enkelpedalkörning i de flesta elbilar. När du släpper gasen slår systemet in och saktar ner bilen med en aggression som ofta kan kontrolleras av föraren.
Detta säkerställer att batteriet laddas så mycket som möjligt under dagliga pendlingar och bilresor. En ERS skulle istället fokusera på att ladda samma batteri med så mindre bromsning som möjligt, därav kombinationen av MGU-K och MGU-H. Utplaceringen av den lagrade energin är också mycket mer aggressiv.
KERS i vägbilar
Så skulle du kunna släppa in en KERS i en vanlig landsvägsbil och ha fordon med en fantastisk räckvidd? Inte precis, med tanke på att en ERS är mycket mer aggressiv än vanlig regenerativ bromsning, kommer det att finnas ett par problem, som börjar med batteriet.
Batterier som används i en ERS är mycket mer motståndskraftiga mot snabb laddning och urladdning eftersom de bär bördan av en F1-bil som slungar mer än 60 varv runt en bana. De kan ta in stora mängder kraft för att ladda upp sig själva snabbt, och sedan ge en lika stor mängd kraft för att lägga till bilens totala effekt.
Vägbilsbatterier är inriktade på hållbarhet, längre livslängd för att klara fler laddningscykler och ännu viktigare, säkerhet. Därmed inte sagt att en ERS inte är säker, det är bara att en vanlig elbil eller hybridbils batteri inte kommer att kunna hålla jämna steg med systemet.
Regenerativa bromssystem på bilar genererar inte heller så mycket kraft att lägga tillbaka i batteriet som det krävs för att flytta själva bilen. Detta innebär att laddningen som erhålls är mycket mindre än vad en MGU-K skulle ge.
Slutligen är energianvändningen också ganska annorlunda, särskilt om du kör en hybridbil, där elektriska system ofta är tänkta att ersätta bilens gasmotorproducerade kraft. På elbilar finns det ingen elinstallation alls eftersom systemet bara laddar batteriet.
Däremot är ERS i F1 eller KERS i allmänhet fokuserad på att distribuera den lagrade elektriska kraften till motorns befintliga effekt.
Framtiden för KERS
När framsteg inom F1 gör batterier och regenerativa system mer effektiva, sipprar de så småningom ner till vägbilarna vi kör varje dag. Det betyder att vi kommer att få bilar som laddas snabbare, med förbättrad räckvidd.
Tills dess kan du vara stolt över ditt fordons befintliga regenerativa system för att spara så mycket energi som de redan gör.
