Sedan Formel 1 införde turbohybridmotorer har sporten blivit en viktig testmiljö för elektrifierade drivlinor. På banan handlar utvecklingen om att utnyttja så mycket som möjligt av varje droppe bränsle och varje tillgänglig kilowattimme, ofta för att vinna några tusendelar per varv.
Mercedes-Benz är en av de tillverkare som har fört över delar av denna utveckling till sina serietillverkade bilar. Teknik och erfarenheter från verksamheterna i brittiska Brackley och Brixworth återfinns i dag i allt från avancerade hybridsystem till batterikylning och elektrifierade turboladdare.
Från tävlingsbilar till vanliga vägar
Tidigare syntes kopplingen mellan racing och serieproduktion främst i sportrattar, kolfiberdetaljer och en mer aggressiv formgivning. I dag sker mycket av tekniköverföringen under karossen, i bilarnas mjukvara, batterier och elektrifierade drivlinor.
Utmaningen är att anpassa lösningar som utvecklats för tävlingsbruk till vardagens krav. Tekniken måste fungera i kyla och värme, klara många års användning och kunna hanteras utan hjälp av ett team ingenjörer.
I moderna laddhybrider och elbilar från Mercedes-Benz finns flera exempel på teknik som har utvecklats eller förfinats med hjälp av erfarenheter från motorsporten. Kraven är naturligtvis inte detsamma som i ett Grand Prix men grundfrågorna återkommer: Hur används energin effektivt, hur hålls temperaturen under kontroll och hur levereras hög effekt utan att driftsäkerheten försämras?
Racing kan på så sätt fungera som en krävande testmiljö. Lösningar kan provas under hög belastning och erfarenheterna sedan användas i utvecklingen av serietillverkade bilar.
Elektrisk turbo minskar fördröjningen
Ett tydligt exempel är arbetet med avgasflöden och laddtryck. Formel 1-bilarna använde under turbohybriderans första generation ett system som kallades MGU-H, Motor Generator Unit-Heat. Enheten var kopplad till turbon och kunde både återvinna energi från avgaserna och påverka turbons varvtal.
En liknande grundidé finns i elektrifierade avgasturboladdare för serietillverkade motorer. Syftet är bland annat att minska en välkänd nackdel hos traditionella turbomotorer: fördröjningen innan laddtrycket byggs upp.
Så fungerar systemet
En kompakt elmotor är placerad på turboaxeln, mellan turbinhjulet på avgassidan och kompressorhjulet på insugssidan. Elmotorn kan börja driva turbon innan avgasflödet är tillräckligt starkt för att göra det på egen hand.
Resultatet är att laddtrycket byggs upp snabbare när föraren trycker på gaspedalen.
Vad det innebär på vägen
Föraren får snabbare gasrespons och en jämnare kraftutveckling. Skillnaden märks särskilt vid plötsliga accelerationer, exempelvis under en omkörning eller vid en påfart till motorvägen.
Tekniken kan inte helt trolla bort all fördröjning i varje körsituation men den minskar den tydligt och gör motorns respons mer förutsägbar.
Batterikylning som klarar hög belastning
När en Formel 1-bil bromsar kan en del av rörelseenergin återvinnas och lagras i batteriet. Vid acceleration används energin sedan för att ge extra effekt.
Snabb laddning och urladdning utvecklar mycket värme. Om battericellerna blir för varma minskar både prestandan och livslängden. Därför är temperaturregleringen en central del av hybridsystemet, både på tävlingsbanan och i en personbil.
Direktkylning av battericellerna
För sina högpresterande laddhybrider har Mercedes-AMG utvecklat ett system där battericellerna kyls direkt. I stället för att enbart kyla batteripaketets utsida cirkulerar en elektriskt isolerande kylvätska runt cellerna.
Det gör det möjligt att hålla temperaturen jämnare i hela batteriet, även vid upprepade accelerationer och inbromsningar.
Hög effekt från ett kompakt batteri
När cellerna hålls nära sin avsedda arbetstemperatur kan batteriet både ta emot och leverera hög effekt. Det gör det möjligt att bygga relativt kompakta batterier med hög effekttäthet.
För föraren innebär det att den elektriska effekten kan användas vid upprepade accelerationer utan att systemet lika snabbt behöver begränsa prestandan på grund av hög temperatur.
Mjukvaran styr energiflödet
Hårdvaran är bara en del av helheten. I en modern hybridbil avgör mjukvaran när elmotorn och förbränningsmotorn ska arbeta var för sig eller tillsammans.
Även här finns paralleller till Formel 1, där energin måste fördelas strategiskt under ett varv. I en personbil är målet mindre dramatiskt men principen är liknande och att bilen ska använda den lagrade energin där den gör störst nytta.
Styrsystemet analyserar bland annat körsätt, belastning och batterinivå. Det kan återvinna energi vid inbromsning, spara el till en kommande acceleration och låta förbränningsmotorn arbeta under gynnsamma förhållanden.
Teknik från Formel 1 flyttas sällan över till en personbil i oförändrad form. Däremot kan idéer, material och erfarenheter från tävlingsverksamheten bidra till snabbare utveckling av effektivare drivlinor.
Kopplingen mellan Brackley och vanliga vägar är därför inte alltid synlig. Men den märks i hur bilen återvinner energi, reglerar batteriets temperatur och reagerar när föraren trycker på gaspedalen.
