Formula E - Električni trkaći automobil

FIA (International Automobile Federation / Fédération Internationale de l'Automobile), međunarodna organizacija koja ustanovljuje pravila o raznim sportskim nadmetanjima u moto-sportu, odlučila je 2012. godine uvesti u svoj sportski program automobilske utrke automobila tipa 'Formula 1', ali s tom razlikom da je pogonski agregat elektromotor umjesto benzinskog motora - 'Formula E'. U tom smislu osmislili su takmičenje na način da sve takmičarske ekipe koriste isti automobil kojeg jedino mogu po volji obojiti s tim da oznake firmi koje su sudjelovale u konstrukciji automobila moraju svima biti na istom mjestu. Kako je 'Tesla Motors' već poduže na komercijalnom tržištu (od 2008. godine), te su patentna prava javno obznanili osim patentnih prava za izradu baterija, bolje reći akumulatora, očekuje se uz uvođenje šampionata u 'Formuli E', brži razvoj tehnologija vezanih uz Električno vozilo. Dakle, i FIA se je također priključila poticanju razvoja automobila koji koriste elektromotor kao pogonski agregat. Iako je vrijeme trkaćih automobila prikazanog u zaglavlju ovog paragrafa odavno prošlo, sigurno je da je takmičenje u 'Formuli 1' tijekom vremena pridonijelo sigurnijoj i kvalitetnijoj izradi obiteljskih automobila u koje su se malo po malo ugrađivale inovacije iz 'Formule 1'.

No, FIA se je odlučila za jedan neobičan pristup. Umjesto da različiti timovi i firme razvijaju različite automobile i uvode inovacije na različite načine, nakon dugogodišnjeg iskustva FIA je odlučila objediniti najbolje od do sada ostvarenog u koncipiranju automobila koji će biti jednak za sve timove u takmičenju. Istina, nedostajat će individualni tehnološki razvoj, ali će se omogućiti zajedničko usavršavanje već postojećih rješenja. Tako je FIA odredila rok da se do početka 2014. godine ima izraditi uporabljivi takmičarski trkaći automobil koristeći već raspoložive tehnologije i podijelila razvoj pojedinih dijelova trkaćeg automobila prema slijedećem:

• Spark Racing Technology - Francuska firma zadužena za osmišljavanje koncepcije i sam dizajn trkaćeg automobila (šasija, ovjes, aerodinamika i montaža).
  
  
• Renault - Francuske firma zadužena za pogonsku arhitekturu, integraciju pogonskih dijelova sustava, sigurnost pogonskih komponenti i optimizaciju performansi.
  
  
• Dallara - Talijanska firma zadužena je za projektiranje i izgradnju kostura šasije (monocoque).
  
  
• McLaren Electronics Systems - Britanska firma grupacije 'McLaren' zadužena je za razvoj i proizvodnju pogonskog električnog motora, mjenjača i elektroničkog upravljača snage motora. Pri tome je iskorišteno mnoštvo već razvijenih komponenti (aktuatori, senzori, elektronički uređaji ...) od kojih su neke nabrojane ili opisane u poglavlju o F1. Naravno, u to se ubrajaju računalna i programska rješenja.
  
  
• Williams Advanced Engineering - Dio grupacije firmi 'Williams', s obzirom na svoje bogato iskustvo iz područja izvora energije, zadužen je za osmišljavanje baterijskih modula, odnosno akumulatora kao izvora električne energije za elektromotor, koji se naravno nakon izručene energije isprazni te ga treba ponovo puniti (RESS - Rechargeable Energy Storage System). Ako se u odnosu na 'Formulu 1' usporedi težina akumulatora s benzinskim motorom i gorivom, ukupna razlika u težini vozila nije jako velika. Naime, elektromotor teži svega 26 kg. Punjenje baterija u pauzama između raznolikih aktivnosti iznosi 1-2 sata.
  
  
• Michelin - Francuski proizvođač guma, dugogodišnja firma s vrlo renomiranim proizvodima. Kako izmjena guma tijekom utrke nema, moraju zadovoljiti trajnost i sve vremenske prilike, što je popriličan zahtjev proizvođaču guma. Prednje i stražnje gume jednakih su dimenzija, promjera naplatka 18", dakle većim od gume za F1 (13"), što omogućava veću kočionu površinu diska kočnica i time brže zaustavljanje, kao i manje trenje kotrljanja. Osim toga niža je i bočna stranica gume čime se postiže bolja stabilnost.
  
  
• Ostalo - Svi oni koji su kooperanti nekog od navedenih glede sustava hidraulike, kočenja, hlađenja, podmazivanja, vozačkog sjedala, pojaseva za vezivanje, kacige vozača, boje i naljepnica i tko zna još čega. FIA je propisala sve pa i kako trebaju izgledati kacige i kombinezoni vozača kao i mjesta gdje mogu doći naljepnice za reklamiranje oglašivača. Gori su od pravilnika EU.
  

Mala grupa ali vrlo osebujna! Firme su zaista renomirane, i rok za izradu zadaće bio je prilično kratak, malo više od godine dana, i za svaku pohvalu je rezultat koji otprilike izgleda kao na narednoj slici.

Slika* 7.10.4 Formula E - Električni trkaći automobil Spark-Renault SRT-01E.

Dakle, automobil je na neki način pojednostavnjena izvedba 'Formule 1' (nema KERS-a, DRS-a i sličnih 'džiđa') uz nešto manju hrpu elektronike, ali se može zapaziti da je koncept prijenosa snage na pogonske kotače nepromijenjen, kao kod 'Tesla Motors'; snaga se preko mjenjača prema diferencijalu, koji je ujedno i reduktor, prenosi na kotače na isti način kao kod 'Formule 1', odnosno klasičnog automobila. Elektromotor je DC tipa s permanentnim magnetima te zbog relativno dvostruko manjeg broja okretaja koje postiže, za razliku od 'Tesla Motors' trofaznog motora, nužno je koristiti mjenjač glede bolje iskoristivosti raspoložive snage.

FIA je sve propisala, od dužine, širine, međuosovinskog razmaka, visine, ukupne težine, težine akumulatora, pa do mjesta gdje će biti kamere i bežični primo-predajni sustav. Na narednoj slici je opći izgled za 'Formulu 1' i 'Formulu E', ali za ovo štivo dimenzije nisu od značaja, te nisu navedene.

Slika 7.10.5 Opći izgled vozila 'Formula 1' i 'Formula E' i raspored primo-predajnih sustava.

Za primo-predajni sustav (transponder), bez obzira na dvosmjernu komunikaciju, zabranjena je kontrola na daljinu iz boksa (telemetrija). Prvenstveno služi za slanje slike s kamera i podataka o zbivanjima u trkačem automobilu.

Dakle, motor i pogonski sustav su jednostavniji, ali je zato akumulator popriličnih gabarita (200 kg težine uz radni napon do 1'000 V i kapacitet do 30 kWh) kao što ilustrira slika 7.10.4. Pogonski sustav, sinkroni DC motor - MGU (Motor Generator Unit), nadzorna elektronika za upravljanje motorom - MCU (Motor Control Unit), sustav baterija - akumulator i upravljač (volan) na kojem se nalaze polugice s njegove donje strane i elementi za elektroničko upravljanje i podešavanje MCU prikazani su na narednom skupu slika.

Slika** 7.10.6 Osnovni uređaji za pogon i upravljanje. ( + / - )

Naravno DC elektromotor nema četkice, već se položaj rotora motora očitava senzorima, na osnovi kojih računalo daje nalog upravljačkoj elektronici kroz koji namotaj statora treba propustiti struju kako bi se stvorilo okretno magnetsko polje. Efikasnost mu je prilična - 96%. Iz podatka o akumulatoru može se zaključiti da se unatoč velikoj iskoristivosti električnog motora, zbog velikih struja kroz motor i elektronički upravljački sustav i silovito pražnjenje akumulatora sve skupa treba hladiti za što su predviđeni hladnjaci na bokovima vozila. Na upravljaču prikazuju se na malom pokazivaču različiti podaci kako prikazuje naredni skup slika.

Slika** 7.10.7 Pokazivač upravljača. ( + / - )

Sve navedeno omogućava da automobil težak 888 kg, dimenzija 500×180×125 cm, sa snagom elektomotora do 200 kW, uz pet stupanjski sekvencijalni mjenjač s nepromjenjivim odnosom brzina uz sekvencu promjena brzine manju od 1 sekunde, što dovodi do kraćeg puta kočenja, može dostići brzinu od 225 km/h, uz ubrzanje od 0-100 km/h za oko 3 sekunde.

SAŽETAK:

Dakle 'Formula E' je u osnovi trkači automobil vrlo sličan automobilu kao kod 'Formule 1', ali i jako brz automobil, što znači da je automobil ipak namijenjen profesionalnim vozačima utrka. Kompletan sustav utrkivanja osmišljen je drugačije. Sve trke održavaju se u gradskom okružju, učestvuje 10 timova kojima je na raspolaganju 4 automobila i svaki tim ima dva vozača. Dakle, u utrci sudjeluje 20 automobila koji se takmiče duž kružne staze duljine 2-3 km u trajanju od 45 minuta. Tijekom utrke svaki vozač mora koristiti dva automobila glede potrošnje energije pohranjene u akumulatoru koja je nedostatna za cijeli tijek utrke, jer nije predviđena zamjena baterija. Brzu zamjenu akumulatora u osnovi onemogućava objedinjeni sustav hlađenja za akumulator, upravljačku jedinicu motora i samog motora. Svaki automobil u tijeku sezone može koristiti samo jedan motor, jedan akumulator i jedan mjenjač. Tijekom trkaćeg vikenda (treninzi i trka) vozač ima pravo koristiti pet kompleta guma. Dakle, svima isti uvjeti, te u prvi plan dolazi do izražaja vozačka vještina a ne naprednija tehnologija. No, treba pričekati što će se dogoditi ako FIA dopusti učešće automobila i nekih drugih mogućih proizvođača trkaćeg električnog automobila.

'Concept_One', jedinstveni potpuno Električno vozilo opisan na narednoj stranici, biti će službeni automobil 'Formule E' tijekom svih natjecanja, s kojim će se pregledavati staze i vršiti druge potrebne zadaće, a također će se koristiti i za promotivne i turističke obilaske trkačkih staza tijekom natjecanja 'Formule E'.

Električno vozilo moguće je u budućnosti rješenje za gradsko vozilo, pa je to mogući razlog održavanja trka šampionata 'Formule E' po gradovima. Koliko će sve opisano doprinijeti tehnološkom napretku električnog automobila i njegove moguće primjene u svakodnevnoj praksi ostaje da se vidi.