Ingénierie F1 - Le KERS démystifié
Professeur Agrégé en ingénierie numérique à l’Université de Versailles, et passionné de Formule 1, ma devise est la suivante: " La 3D au service de l’innovation technologique ". Je suis un supporter inconditionnel du coté 'obscur' de l’ex-Renault F1 Team à Enstone ... et supporte maintenant le Lotus Renault GP.
Ma mission ? Expliquer, vulgariser le travail exceptionnel des ingénieurs F1 & techniciens pour rendre un peu plus visible la partie compétition high-tech qui se joue dans les bureaux d’études, CFD Center, et usine entre chaque Grands Prix.
Un petit rappel de mécanique : un solide en mouvement, du fait de sa masse et sa vitesse représente une quantité d’énergie :
• Un solide en translation, par exemple une F1 en ligne droite, a une énergie cinétique E=1/2.m.v² (m=masse de la F1, v=sa vitesse), énergie qu’il faut annuler pour réussir à freiner la F1, ou à dissiper dans la structure lors d’un crash à cette vitesse V.
• Un solide en rotation, par exemple un train arrière de F1, avec son arbre ses 2 roues, a lui aussi une énergie cinétique : E=1/2.J.w² (J=moment d’inertie, w sa vitesse de rotation)
L’énergie cinétique d’une F1 est récupérée lors des freinages (pour ne pas affecter la puissance moteur) plutôt que de la " gaspiller " : en effet, sans KERS, cette énergie cinétique est dissipée en chaleur par le freinage (une autre forme d’énergie !). Le KERS, système mécatronique (enchainement d’éléments mécaniques et électriques pilotés par un équipement électronique) va récupérer cette énergie cinétique, la convertir et la stocker, plutôt que la laisser se dissiper.
Le train d’engrenages du KERS, en liaison avec l’arbre de transmission arrière, récupère dans les phases de freinage - très énergique en F1 ! - l’énergie cinétique de l’ensemble arbre/roues (E=1/2.J.w², avec J=Jarbre+2.Jroue, Jarbre=1/2.m.R²). La démultiplication en cascade transmet alors une rotation importante à un moteur électrique qui joue le même rôle qu’une dynamo de vélo, puis ce dernier transforme cette rotation en électricité, qui est stockée dans des batteries.
Le KERS, en liaison avec l'arbre de transmission arrière (Image FIA):
Lors du besoin de puissance supplémentaire, le fameux " boost " de 80cv pendant 6.6s, l’énergie suit le chemin inverse et est retransformée : l’énergie stockée sous forme d’électricité dans les batteries du KERS est libérée dans le moteur électrique, qui tourne très vite, à 36000tr/min, et donc fourni peu de couple. Cette rotation est démultipliée par le train d’engrenages, ce qui augmente alors le couple, et vient s’ajouter à la puissance du moteur thermique de la F1.
Simple en principe, le KERS est en réalité un composant sensible en termes de fiabilité : courant électrique fort, quantité importante d’énergie stockée dans les batteries, rapidité de charge/décharge de ses batteries. Il est aussi délicat de le gérer en vue garantir la sécurité, et de minimiser les effets de son poids. C’est le premier pas de la Formule 1 vers l’hybride … et ce n’est que le début.
Episode 1 : L'aileron arrière ajustable
Episode 2 : Veille technologique & Essais privés
Episode 3 : Innovation aérodynamique arrière de la R31
Ma mission ? Expliquer, vulgariser le travail exceptionnel des ingénieurs F1 & techniciens pour rendre un peu plus visible la partie compétition high-tech qui se joue dans les bureaux d’études, CFD Center, et usine entre chaque Grands Prix.
Thierry Chevrot
http://img59.imageshack.us/img59/488/barreseparatrice.jpg
Le KERS démystifié
Le KERS (Kinetic Energy Recovery System – SREC en français) est un système mécatronique qui, comme son nom l’indique, récupère l’énergie cinétique de la F1 pour la stocker et la re-libérer à demande du pilote pour obtenir un gain ponctuel de puissance. D’accord, mais qu’est ce que c’est l’énergie cinétique ? Sous quelle forme est cette énergie ? Comment cela fonctionne ?Un petit rappel de mécanique : un solide en mouvement, du fait de sa masse et sa vitesse représente une quantité d’énergie :
• Un solide en translation, par exemple une F1 en ligne droite, a une énergie cinétique E=1/2.m.v² (m=masse de la F1, v=sa vitesse), énergie qu’il faut annuler pour réussir à freiner la F1, ou à dissiper dans la structure lors d’un crash à cette vitesse V.
• Un solide en rotation, par exemple un train arrière de F1, avec son arbre ses 2 roues, a lui aussi une énergie cinétique : E=1/2.J.w² (J=moment d’inertie, w sa vitesse de rotation)
L’énergie cinétique d’une F1 est récupérée lors des freinages (pour ne pas affecter la puissance moteur) plutôt que de la " gaspiller " : en effet, sans KERS, cette énergie cinétique est dissipée en chaleur par le freinage (une autre forme d’énergie !). Le KERS, système mécatronique (enchainement d’éléments mécaniques et électriques pilotés par un équipement électronique) va récupérer cette énergie cinétique, la convertir et la stocker, plutôt que la laisser se dissiper.
http://hellforleathermagazine.com/images/KTM_KERS.jpg
Le train d’engrenages du KERS, en liaison avec l’arbre de transmission arrière, récupère dans les phases de freinage - très énergique en F1 ! - l’énergie cinétique de l’ensemble arbre/roues (E=1/2.J.w², avec J=Jarbre+2.Jroue, Jarbre=1/2.m.R²). La démultiplication en cascade transmet alors une rotation importante à un moteur électrique qui joue le même rôle qu’une dynamo de vélo, puis ce dernier transforme cette rotation en électricité, qui est stockée dans des batteries.
Le KERS, en liaison avec l'arbre de transmission arrière (Image FIA):
http://img88.imageshack.us/img88/6546/kers2.jpg
Lors du besoin de puissance supplémentaire, le fameux " boost " de 80cv pendant 6.6s, l’énergie suit le chemin inverse et est retransformée : l’énergie stockée sous forme d’électricité dans les batteries du KERS est libérée dans le moteur électrique, qui tourne très vite, à 36000tr/min, et donc fourni peu de couple. Cette rotation est démultipliée par le train d’engrenages, ce qui augmente alors le couple, et vient s’ajouter à la puissance du moteur thermique de la F1.
Simple en principe, le KERS est en réalité un composant sensible en termes de fiabilité : courant électrique fort, quantité importante d’énergie stockée dans les batteries, rapidité de charge/décharge de ses batteries. Il est aussi délicat de le gérer en vue garantir la sécurité, et de minimiser les effets de son poids. C’est le premier pas de la Formule 1 vers l’hybride … et ce n’est que le début.
http://img59.imageshack.us/img59/488/barreseparatrice.jpg
Dans la même série:
Episode 1 : L'aileron arrière ajustable
Episode 2 : Veille technologique & Essais privés
Episode 3 : Innovation aérodynamique arrière de la R31
Thierry Chevrot - 25/02/2011 17:01
Pour participer à cet article et réagir aux commentaires, rendez vous sur la version complète.
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