Geneza technologii E-Tech

Grupa Renault wykorzystała bogatą wiedzę i doświadczenie w zakresie samochodów elektrycznych oraz Formuły 1, aby zaprojektować nowatorski hybrydowy napęd E-TECH. Realizacja projektu nie byłaby możliwa bez entuzjazmu i pasji zespołów inżynierów, projektantów i specjalistów ds. wdrożeń przemysłowych. Napęd, który jest oferowany jako pełna hybryda w Renault Clio oraz ładowana hybryda w nowym Capturze i nowym Mégane został wymyślony i zaprojektowany w sposób, który jest nie tylko niecodzienny, ale stanowi również źródło inspiracji. Trzecia część tej historii pozwala dowiedzieć się, jaki wkład w powstanie układu napędowego E-TECH miały innowacyjne rozwiązania techniczne pochodzące z Formuły 1.

F1: O energii i systemach zarządzania energią

W tym samym czasie, gdy opracowywany jest napęd E-TECH, w tej królewskiej dyscyplinie sportów motorowych trwają przygotowania do wprowadzenia w życie nowych regulacji dotyczących silników. Sezon 2014 zapowiada prawdziwą rewolucję na torach F1 – miejsce wysłużonej wolnossącej jednostki napędowej V8 zajmie hybrydowy silnik V6 turbo z rozbudowanym podwójnym systemem odzyskiwania energii. W tak ważnym wydarzeniu nie może oczywiście zabraknąć Renault!

Marka obecna w F1 od 1977 roku zawsze odgrywała ważną rolę w tej dyscyplinie sportu, wnosząc ogromny wkład w jej rozwój dzięki ambitnym i wizjonerskim rozwiązaniom technologicznym: pierwsza turbodoładowana jednostka napędowa (1977), pneumatyczne sprężyny zaworów (1986), rozrząd bezpaskowy (lub bezłańcuchowy), złożony wyłącznie z kół zębatych (lata 90.), bezpośredni wtrysk paliwa (1995) itp. Mądre decyzje sprawiły, że na przestrzeni lat Renault jako zespół fabryczny lub producent silników, z których korzystały inne teamy, wywalczyło aż 12 tytułów mistrza świata konstruktorów i 11 tytułów mistrza świata kierowców. Wkraczając wraz z silnikiem V6 w erę hybrydową w 2014 roku, Renault miało na swoim koncie cztery tytuły mistrza świata konstruktorów i kierowców zdobyte w kolejnych latach przez zespół Red Bull Racing i ścigającego się w jego barwach Sebastiana Vettela.

Doświadczenie z systemem KERS

Za początek hybrydowej rewolucji w Formule 1 należy uznać sezon 2009, w którym bolidy zostały wyposażone w KERS (Kinetic Energy Recovery System), innowacyjny system odzyskujący energię kinetyczną podczas hamowania i magazynujący odzyskaną w ten sposób energię za pomocą koła zamachowego, by następnie uwolnić ją na żądanie kierowcy w postaci zastrzyku dodatkowej mocy. W 2011 roku KERS wykorzystujący koło zamachowe został zastąpiony systemem opartym na akumulatorach, podobnym do układów stosowanych w seryjnie produkowanych pojazdach elektrycznych i hybrydowych.

W tym czasie Renault sprzedało swoje udziały w zespole Renault F1 Team firmie inwestycyjnej Genii Capital, która stworzyła nowy zespół występujący w mistrzostwach pod szyldem Lotus Renault GP. Renault pozostało ważnym partnerem zespołu i dostawcą silników. Z silników Renault korzystały również bolidy Red Bulla (przyszłego mistrza świata). Oznacza to, że nikt nie pozostaje bez pracy w ośrodku rozwojowym we francuskim Viry-Châtillon, prawdziwej „świątyni”, w której koncentruje się działalność Renault Sport Racing związana z rozwojem silników. Nicolas Espesson, inżynier zatrudniony wówczas na stanowisku testowym (badawczym), doskonale pamięta początki hybrydyzacji w F1 i współpracę, która nawiązała się pomiędzy różnymi zespołami inżynierów.

Z rozpoczęciem prac nad elektryfikacją silników nie czekaliśmy na pojawienie się hybrydowego układu napędowego E-TECH. Już w 2011 roku inżynierowie Renault specjalizujący się w technologii elektrycznej dołączyli do zespołu inżynierów F1, aby wspólnie prowadzić prace nad projektem przyszłego silnika hybrydowego V6. Wśród osób zaangażowanych w projekt znaleźli się specjaliści w zakresie elektryfikacji, którzy dzielili się swoim doświadczeniem zdobytym podczas prac nad systemem KERS. Nie zapominajmy również o tym, że nasze stanowiska testowe KERS zostały wykorzystane do badań na potrzeby homologacji silnika elektrycznego dla modelu Twizy. W takim właśnie sprzyjającym otoczeniu w 2013 roku narodził się elektryczny samochód koncepcyjny Renault Sport Twizy F1.

Technologia zarządzania energią sercem całego systemu

Konstruktorzy silników dla Formuły 1 byli podzieleni na dwie odrębne kategorie, z których pierwsza obejmowała inżynierów odpowiedzialnych za silniki spalinowe, a druga za silniki elektryczne. Już wkrótce pojawiła się jeszcze jedna kategoria reprezentowana przez specjalistów w zakresie zarządzania energią, którzy stanowili niejako pomost między dwoma głównymi zespołami. Ich zadanie polegało na określeniu, kiedy i w jakich proporcjach bolid powinien korzystać z różnych dostępnych źródeł energii. W czasach KERS kierowca miał do dyspozycji dodatkowe 60 kW (80 KM) mocy, które wykorzystywał, wciskając odpowiedni przycisk, w momencie gdy zależało mu na uzyskaniu dodatkowej przewagi, na przykład przy wyprzedzaniu. Wraz z pojawieniem się silnika hybrydowego V6 w połączeniu z rozbudowanym podwójnym systemem odzyskiwania energii kinetycznej (MGU-K – generator do odzyskiwania energii kinetycznej podczas hamowania, MGU-H – generator do odzyskiwania energii z ciepła gazów spalinowych) zarządzanie energią zostało zautomatyzowane w celu zwiększenia efektywności.

To było dla nas coś zupełnie nowego, co wymagało wykorzystania big data, data learning, a nawet sztucznej inteligencji. Mieliśmy zatem oprogramowanie będące mózgiem całej strategii zarządzania energią i kluczem do rozwoju nowych hybrydowych układów napędowych. Bez względu na stopień zaawansowania oprogramowanie musiało być proste, aby ułatwić utrzymanie i debugowanie, ale przede wszystkim musiało być niezawodne. Taką samą logikę przyjęliśmy na potrzeby dzisiejszych modeli produkcyjnych z serii E-TECH Hybrid, w których inteligentne zarządzanie energią leży w gestii elektronicznej jednostki sterującej.

Projektanci silników, niezależnie od tego, czy jednostka napędowa jest przeznaczona do bolidów F1 czy samochodów służących do jazdy po drogach publicznych, stawiają sobie te same cele: zmniejszenie zużycia paliwa i zwiększenie sprawności energetycznej. Nawiązanie współpracy staje się zatem czymś naturalnym, a jej efekty są nie do przecenienia. Inżynierowie pracujący nad napędem Z.E. on demand zasilali szeregi pracowników Renault Sport Racing, aby kilka lat później powrócić do prac nad projektem modeli seryjnych E-TECH Hybrid. A wracali bogatsi nie tylko o nowe pomysły i umiejętności techniczne.

Pracując dla działu F1 w Renault Sport Racing, inżynierowie ci mieli okazję zetknąć się z zupełnie nowym modelem organizacji pracy, dużo bardziej elastycznym od tego, który znali z Renault. Trzeba pamiętać, że w F1 czas przeznaczony na prace rozwojowe jest dużo krótszy, a w razie pojawienia się problemu decyzje muszą być podejmowane bardzo szybko. Metody te udało się później skutecznie przenieść i zastosować w pracy nad rozwojem hybrydowych układów napędowych E-TECH, co miało wpływ na ich ostateczny rezultat.

Większość elementów układanki była już na miejscu. Teraz pozostało je tylko złożyć i dokończyć pracę. Mogłoby się wydawać, że to najłatwiejsza część zadania. Ale czy aby na pewno?