นวัตกรรมเทคโนโลยีของรถแข่ง LMP1 ในการแข่งขัน FIA World Endurance Championship WEC เทคโนโลยี Hybrid อันล้ำเลิศของสุดยอดรถแข่ง ปอร์เช่ LMP1

0

สุดสัปดาห์ที่ผ่านมา รถยนต์ต้นแบบLe Mans Prototype ปอร์เช่ 919 ไฮบริด (919 Hybrid) ได้ปรากฎตัวขึ้นที่ประเทศเยอรมณีเป็นครั้งแรกของปี 2016 เพื่อร่วมลงทำการแข่งขันระยะยาวกว่า 6 ชั่วโมงที่ Nürburgring ซึ่งนับเป็นสนามที่ 4 ในรายการแข่งขัน FIA World Endurance Championship ฤดูกาลนี้ โดยเป็นการลงสนามเพื่อป้องกันตำแหน่งในฐานะผู้นำบนตารางคะแนนสะสมและแชมป์เก่า ในขณะเดียวกันการแข่งขันรายการนี้ยังถือได้ว่าเป็นโอกาสที่ดีในการพัฒนานวัตกรรมเทคโนโลยียานยนต์สำหรับรถสปอร์ตในอนาคต

ผลที่ได้จากการพัฒนา 919 ไฮบริด (919 Hybrid) ปอร์เช่ใช้โอกาสนี้ในการสร้างสรรค์เทคโนโลยียานยนต์ใหม่ๆ เพื่อรองรับการแข่งขันกีฬาความเร็วด้วยการให้กำเนิด “Mission E” ต้นแบบรถสปอร์ตไฟฟ้าเต็มรูปแบบแห่งอนาคต เปิดตัวสู่สายตาสาธารณชนเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2015 ที่ผ่านมา วิศวกรและนักออกแบบได้ติดตั้งเทคโนโลยีขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแรงดันสูงถึง 800 โวลท์ ซึ่งได้รับการถ่ายทอดความล้ำเลิศดังกล่าวจากรถแข่ง Prototype ผลลัพธ์ที่เกิดจากความมุ่งมั่นทุ่มเทและรังสรรค์ขึ้นจากขีดสุด ของนวัตกรรมเทคโนโลยีทุกอย่างที่ปอร์เช่ออกแบบดีไซน์ขึ้น ได้รับการติดตั้งลงในสุดยอดรถแข่งเจ้าของ ตำแหน่ง ชนะเลิศรายการ Le Mans 2 สมัย – โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเชิงของหลักปรัชญาที่ใช้ในการขับ เคลื่อน อันประกอบด้วย เครื่องยนต์ เบนซิน V4 ขนาดความจุ 2.0 ลิตร พร้อมระบบอัดอากาศ เทอร์โบชาร์จ เสริมการทำงานเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดจากมอเตอร์ไฟฟ้าสมรรถนะสูง ด้วยการพัฒนาขึ้นจากปอร์เช่โดยตรง รวมทั้งระบบชาร์จพลังงานไฟฟ้าย้อนกลับแบบ 2 ช่องทาง หรือ two different energy recovery systemsPorsche 919 Hybrid, Porsche Team: Timo Bernhard, Brendon Hartley, Mark Webberในขณะที่ระบบเบรกทำงานนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งติดตั้งอยู่บริเวณเพลาขับล้อคู่หน้าจะรับหน้าที่ในการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของตัวรถกลับมาเก็บสะสมในรูปแบบของพลังงานไฟฟ้า ในส่วนการทำงานของระบบระบายไอเสียชุดเทอร์ไบน์จะทำหน้าที่ขับเคลื่อนเทอร์โบชาร์จเจอร์ไปพร้อมกับการสร้างพลังงานไฟฟ้า โดยแบ่งเป็นพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากระบบเบรก 60% และที่เหลือ 40 % ได้จากระบบระบายไอเสีย สำหรับพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนั้นจะถูกเก็บสะสมไว้เป็นการชั่วคราว ด้วยแบตเตอรี่แบบ lithium-ion และจ่ายพลังงานให้แก่ระบบมอเตอร์ขับเคลื่อนตามความต้องการในลักษณะของ “On demand” ซึ่งหมายความว่า:เมื่อผู้ขับขี่ต้องการอัตราเร่งจากรถยนต์ และกดปุ่มสั่งการทำงานเพื่อเพิ่ม สมรรถนะขับเคลื่อน ด้วยสภาวะการทำงานดังกล่าวนี้ ผลที่ได้คือพละกำลังจากเครื่องยนต์สันดาปภายใน ด้วยแรงม้า 500 แรงม้า (368 กิโลวัตต์) ผสานกับกำลังเพิ่มเติมอีกกว่า 400 แรงม้า (294 กิโลวัตต์) ที่ได้ รับจากมอเตอร์ไฟฟ้า ก่อกำเนิดประสิทธิภาพที่เหนือชั้นยิ่งกว่าDer Hybrid-Antriebsstrang des Porsche 919 Hybrid. Der V4-Benzin-Direkteinspritzer mit Turboaufladung ist als Mittelmotor ins Chassis integriert. Die Batterien in der Fahrzeugmitte versorgen den Elektromotor an der Vorderachse mit Energie The hybrid powertrain of the Porsche 919 Hybrid. The V4 petrol engine with direct injection and turbocharging is integrated in the chassis as a mid-engine. The batteries at the centre of the vehicle supply the electric motor at the front axle with energy.ด้วยการปฏิบัติหน้าที่อันสอดประสานเป็นหนึ่งเดียวกันของระบบชาร์จพลังงานไฟฟ้าย้อนกลับแบบ 2ช่องทาง ให้สมรรถนะการขับขี่ที่ยอดเยี่ยม ทั้งนี้ในทุกครั้งที่มีการทำงานของระบบเบรก พลังงาน ไฟฟ้าจะได้รับการเก็บสะสมเพื่อนำกลับมาใช้ต่อไปในการแข่งขันที่ Nürburgring ซึ่งมีระยะทางกว่า 5.148 กิโลเมตรรอบสนาม สถานการณ์ดังกล่าวจะเกิดขึ้นถึง 17 ครั้งต่อการขับขี่รอบสนาม 1 รอบ ด้วยการเบรกก่อนการเข้าโค้งทุกโค้ง ปริมาณของพลังงานที่ได้รับการชาร์จกลับขึ้นอยู่กับสภาวะของ  การเบรกที่เกิดขึ้นจริงในขณะนั้น หรือ กล่าวได้อีกความหมายหนึ่งว่าพลังงานที่ได้รับการชาร์จกลับมา นั้นจะขึ้นอยู่กับความเร็วของรถยนต์ที่ผู้ขับขี่ควบคุมมาจนถึงทางโค้ง วิธีการเบรก และลักษณะการเข้า โค้งต่างๆ ซึ่งพลังงานไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น จนกระทั่งผู้ขับขี่ยุติการเบรกและเร่งเครื่องออกจากโค้งไป จุดมุ่งหมายของกระบวนการดังกล่าวเพื่อนำพลังงานกลับมาใช้ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ สิ่งที่เกิดขึ้น หลังจากนั้นคือการที่ผู้ขับขี่เหยียบคันเร่งเพื่อเรียกพละกำลังที่ถูกเก็บสะสมอยู่มาใช้ และแน่นอนว่า สมรรถนะส่วนหนึ่งของตัวรถจะได้มาจากแบตเตอรี่ในรูปแบบของพลังงานไฟฟ้านั่นเอง  LMP1-PORSCHE-MOTORSPORT_6ในขณะที่ระบบเครื่องยนต์สันดาปภายในรับหน้าที่ขับเคลื่อนล้อคู่หลัง ระบบมอเตอร์ไฟฟ้าประสิทธิภาพ สูงคือส่วนที่ทำหน้าที่ในการขับเคลื่อนล้อคู่หน้า รถแข่งปอร์เช่ 919 สามารถเร่งออกตัวจากทางโค้งของ สนามได้โดยปราศจากการสูญเสียแรงขับเคลื่อนด้วยการทำงานของ ระบบ all-wheel drive และขั้นตอน อีกส่วนหนึ่งของการชาร์จพลังงานย้อนกลับจะเกิดขึ้น เนื่องจากการทำงานของชุดเทอร์ไบน์ในระบบระบายไอเสียนั่นเอง ด้วยสภาวะการทำงานในรอบเครื่องยนต์สูงอย่างต่อเนื่องนั้น สร้างแรงดันให้เพิ่มขึ้น ในระบบระบายไอเสียเพื่อขับเคลื่อนชุดเทอร์โบชาร์จเจอร์จะทำหน้าที่ขับเคลื่อนอุปกรณ์กำเนิดพลังงานไฟฟ้าไปพร้อมกัน ทั้งนี้กระบวนการสะสมพลังงานดังกล่าวจะถูกจำกัดประสิทธิภาพจากกฎข้อบังคับของการแข่งขันที่ได้รับการกำหนดขึ้น: ผู้ขับขี่จะสามารถใช้น้ำมันเชื้อเพลิงได้ไม่เกิน 1.8 ลิตร ต่อการวิ่ง 1 รอบสนามและใช้พลังงานไฟฟ้าได้ไม่เกิน 1.3 กิโลวัตต์ชั่วโมง (4.68 เมกะจูลส์) ซึ่งต้องผ่านการคิด คำนวณอัตราการใช้เชื้อเพลิงมาเป็นอย่างดีเพื่อให้เกิดการใช้พลังงานทั้ง 2 ลักษณะด้วยความคุ้มค่า สูงสุดโดยไม่มากและไม่น้อยไปกว่าข้อกำหนดในการวิ่งครบ 1 รอบสนามนั่นเอง ในกรณีที่ใช้พลังงาน มากเกินกฎข้อบังคับดังกล่าว ทีมแข่งจะถูกลงโทษ และหากใช้พลังงานน้อยเกินไปนั่นหมายความว่า  สมรรถนะการขับขี่ของรถแข่งจะลดน้อยลงตามไปด้วย ดังนั้นนักแข่งมีหน้าที่สำคัญที่จะต้องบังคับ ควบคุมรถแข่งทั้งในเชิงของการเบรก และการเร่งเครื่องยนต์เพื่อรักษาอัตราสิ้นเปลืองอันเหมาะสม ที่สุดไว้ตลอดระยะเวลาที่ลงสนามPorsche 919 Hybrid, Porsche Team: Timo Bernhard, Brendon Hartley, Mark Webberหากเรานำกฎข้อบังคับดังกล่าวมาคำนวณโดยใช้ระยะทาง 13.629 กิโลเมตรรอบสนามแข่ง Le Mans เป็นเกณฑ์ ปริมาณของพลังงานไฟฟ้าที่ได้รับอนุญาตให้ใช้จะอยู่ที่ 2.22 กิโลวัตต์ ชั่วโมง หรือประมาณ 8 เมกะจูล ซึ่งถือเป็นค่าของพลังงานที่สูงที่สุดเท่าที่ข้อกำหนดของการแข่งขันจะยอมรับได้ ปอร์เช่ 919 คือรถแข่งคันแรกและเป็นโรงงานผู้ผลิตเพียงรายเดียวของรายการแข่งขันที่สามารถสร้างสรรค์รถแข่งของตนเองรวมทั้งผลักดันประสิทธิภาพให้เกิดขึ้นได้จนถึงระดับสูงสุดตามข้อกำหนดดังกล่าวตั้งแต่ฤดูกาล 2015 ที่ผ่านมา สำหรับฤดูกาลแข่งขันปี 2016 นี้ Toyota เป็นทีมโรงงานอีกทีมหนึ่งที่สามารถ ออกแบบรถแข่งให้ใช้พลังงานไฟฟ้าที่ระดับ 8 เมกะจูลได้เช่นเดียวกัน ในส่วนของทีม Audi ยังคงใช้ รถแข่งที่มีพลังงานระดับ 6 เมกะจูลเท่านั้น

แนวคิดของระบบชาร์จพลังงานย้อนกลับซึ่งติดตั้งในรถแข่งปอร์เช่ 919 ไฮบริด (919 Hybrid) นั้นมีความ  ใกล้เคียงกับการทำงานของระบบอิสระสองระบบที่แยกหน้าที่กันอย่างเสรี ดังนั้นแล้วจึงมีความชัดเจน อย่างยิ่งในเหตุผลที่ปอร์เช่เลือกใช้การเก็บสะสมพลังงานผ่านระบบเบรกจากล้อคู่หน้า ซึ่งสามารถสร้าง พลังงานจำนวนมหาศาลไปพร้อมๆ กับฟังก์ชั่นการทำงานหลักที่ไม่มีการขาดตกบกพร่องแม้แต่น้อย สำหรับระบบชาร์จพลังงานย้อนกลับแบบที่ 2 นั้น ปอร์เช่ได้พิจารณาทางเลือกจาก 2 รูปแบบอันได้แก่ การสะสมพลังงานจากระบบเบรกในล้อคู่หลังหรือการใช้ประโยชน์จากระบบระบายไอเสียและตัวเลือกที่ดีที่สุดนั้นคือพลังงานที่ได้กลับมาด้วยระบบระบายไอเสียนั่นเอง จากข้อได้เปรียบหลายประการ อาทิเช่น: น้ำหนักเบาและประสิทธิภาพที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการชาร์จพลังงานย้อนกลับผ่านระบบเบรกซึ่งมีระยะเวลาในการทำงานขณะวิ่งอยู่บนสนามน้อยกว่า เนื่องจากในสภาพการแข่งขันจริงนั้น รถแข่งจะ ต้องถูกเร่งเครื่องบ่อยครั้งกว่าถูกเบรก ด้วยเหตุนี้การชาร์จพลังงานย้อนกลับผ่านระบบระบายไอเสีย จึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่าอย่างเห็นได้ชัดทั้งในแง่ของการลดน้ำหนักที่ไม่จำเป็นและระยะเวลาที่เปิดโอกาสให้ระบบได้ทำงานอย่างเต็มที่ ด้วยการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในรถแข่งปอร์เช่ 919 จึงมีกำลังขับเคลื่อนมหาศาลที่ถูกถ่ายทอดไปยังล้อคู่หลัง ถึงแม้ว่าวิธีการนี้จะก่อให้เกิดอาการลื่น ไถลของล้อและตามมาด้วยการสึกหรอของยางในระดับสูงก็ตาม ด้วยหลักการออกแบบและพัฒนาที่ ปอร์เช่ยึดถือปฏิบัติ ส่งผลต่อการตัดสินใจที่กล้าหาญอย่างยิ่งในการติดตั้งระบบขับเคลื่อน ด้วยแรงดัน ไฟฟ้าระดับสูงถึง 800 โวลท์ ให้แก่รถแข่ง 919 และเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงเป็นพิเศษดังกล่าวนั้น ทำให้ส่วนประกอบอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาขึ้นใหม่ทั้งหมด เพื่อให้สามารถรอง รับประสิทธิภาพการทำงานที่เพิ่มขึ้นเช่นเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็น แบตเตอรี่, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, มอเตอร์ และเทคโนโลยีระบบชาร์จไฟฟ้าทั้งหมด ล้วนแล้วแต่ได้รับการสร้างสรรค์ขึ้นจากความ ทุ่มเทของทีมงานปอร์เช่Den Porsche 919 Hybrid zeichnet extremer Leichtbau aus. Das Chassis und alle Karosserie-Bestandteile bestehen aus Kohlefaser. The Porsche 919 Hybrid is an example of extreme lightweight design. The chassis and all key body parts are made of carbon fibre.นับเป็นการยากอย่างยิ่งในการจัดเตรียมชิ้นส่วนอุปกรณ์เพื่อรองรับการทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่มีความต่างสูงเป็นพิเศษเช่นนี้ ไม่ว่าจะเป็นพื้นที่สำหรับติดตั้งอุปกรณ์ทั้งหมด เครื่องกำเนิดพลังงาน ไฟฟ้าบนล้อช่วยแรง (Flywheel generator) ตัวเก็บประจุชนิดพิเศษ (supercapacitors) หรือแม้แต่ แบตเตอรี่ โดยปอร์เช่เลือกใช้แบตเตอรี่แบบ liquid-cooled lithium-ion ซึ่งประกอบขึ้นจากเซลล์อิสระ   ติดตั้งภายในแคปซูลโลหะทรงกระบอกขนาดความสูง 7 เซนติเมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 1.8 เซนติเมตรนับร้อยๆ เซลล์

ในสภาวะการขับขี่ทั้งบนถนนสาธารณะและเส้นทางในสนามแข่งขัน ระดับของกำลังและพลังงานจะได้ รับการปรับให้อยู่ในภาวะสมดุลย์เสมอ เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดทั้งในส่วนของการชาร์จพลังงาน ย้อนกลับและการปลดปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็ว รวมไปถึงปริมาณของระดับพลังงานที่เหมาะสมในการเก็บรักษา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการแข่งขัน ซึ่งนักขับจะต้องทำการเบรกและเร่งเครื่องอย่างหนัก หน่วงอยู่ตลอดเวลา จึงจำเป็นที่ระบบจะต้องสามารถกักเก็บพลังงานที่สร้างขึ้นผ่านระบบเบรกและถ่ายทอดพลังงานอย่างรวดเร็วแม่นยำทันทีเมื่อเหยียบคันเร่งตอบสนองทุกความต้องการของนักขับได้ในทุกสถานการณ์ที่ต้องเผชิญ หากเปรียบเทียบกับการใช้งานอุปกรณ์ทั่วไปในชีวิตประจำวัน: พลังงานไฟฟ้า ที่เกิดขึ้นจากรถแข่งปอร์เช่ 919 นั้น สามารถชาร์จแบตเตอรี่ lithium-ion ของโทรศัพท์มือถือที่ไม่มีกำลัง ไฟเหลืออยู่เลยจนเต็มความจุได้ภายในระยะเวลาน้อยกว่า 1 วินาที ดังนั้นจะเห็นได้ว่าระดับของพลังงาน นั้นมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งและส่งผลโดยตรงกับปริมาณของพลังงานหรือความจุที่สามารถเก็บสะสมได้

รถยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ ความจุพลังงานที่สามารถเก็บสะสมได้จะถูกแปลง ออกมาในรูปแบบของระยะทางที่รถสามารถเคลื่อนที่ได้นั่นเอง และด้วยเหตุผลข้างต้น ความจำเป็น พื้นฐานของรถแข่งที่วิ่งอยู่ในสนามจึงแตกต่างกันกับรถสาธารณะที่วิ่งอยู่บนท้องถนนทั่วไป แต่สำหรับ ปอร์เช่ 919 ได้รับการสร้างขึ้นด้วยนวัตกรรมเทคโนโลยี hybrid ที่มีระบบการบริหารจัดการพลังงาน ที่ยอดเยี่ยมเหนือจินตนาการ รถแข่งคันดังกล่าวผ่านกระบวนการทดสอบในศูนย์ทดลองเพื่อให้ได้มา ซึ่งระบบ hybrid ล้ำอนาคต บรรจุองค์ความรู้ทุกชนิดที่ได้รับจากการเข้าร่วมแข่งขันในคลาส LMP1 อาทิเช่น เทคโนโลยีการระบายความร้อนให้แก่อุปกรณ์สะสมพลังงาน (แบตเตอรี่) และมอเตอร์ขับเคลื่อน เทคโนโลยีการเชื่อมต่อวงจรไฟฟ้าภายใต้ความต่างศักดิ์สูงเป็นพิเศษ รวมทั้งโปรแกรมการควบคุมการ ทำงานของแบตเตอรี่ ประสบการณ์และความก้าวหน้าทางวิศวกรรมยานยนต์เหนือระดับทั้งมวลที่ได้รับ มานั้น ล้วนแล้วแต่ถูกถ่ายทอดต่อไปยังรถสปอร์ต 4 ประตูต้นแบบเปี่ยมสมรรถนะในสมญานามปอร์เช่ Mission E ด้วยเทคโนโลยีจากระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแรงดันสูงถึง 800 โวลท์ และแน่นอนว่าความ ล้ำหน้าของรถต้นแบบคันดังกล่าวจะต้องได้รับการส่งต่อไปยังรถสปอร์ตรุ่นต่างๆ ในสายการผลิตปกติซึ่ง กำลังจะเผยโฉมออกมาในอนาคตอันใกล้นี้ ในฐานะของรถสปอร์ตที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าอย่าง สมบูรณ์แบบคันแรกจากปอร์เช่

Comments are closed.