تغییرات قوانین پاوریونیت در فرمول یک 2021

فرمول یک ایران – همانطور که می دانید در سال 2021 خودروهای فرمول یک دچار تغییراتی در ظاهر و آئرودینامیک خواهند شد اما پاوریونیت چه؟ آیا آن هم دستخوش تغییراتی خواهد بود یا خیر؟

در این مقاله به بررسی آخرین اخبار ارائه شده در زمینه تغییرات پاوریونیت می‌پردازیم.

همانطور که می‌دانید پاوریونیت یک خودروی فرمول یک از بخش‌های مختلفی از جمله موتوردرونسوز یا ICE، واحد موتور-ژنراتور-حرارتی یا  MGU-H، واحد موتور-ژنراتور-جنبشی یا MGU-K، سیستم ذخیره انرژی که از باطری‌ها-BMS و کنترل کننده های DC-DC تشکیل شده  که به آن در مجموع ES یا Energy storage می گویند، تشکیل شده است. همانطور که می دانید به مجموعه MGU-H، MGU-K و ES به صورت مخفف ERS یا سیستم بازگشت انرژی (Energy recovery System) می‌گویند.

با توجه به تجربه‌های سال‌های اخیر در زمینه MGU-H و عدم توانمندی تیم‌های رده پایین در کنترل و استفاده و تهیه آن به درستی و قیمت بالای آن این بخش قرار است تا در سال 2021 به طور کل از خودرو حذف شود و به جای آن توان و قدرت بیشتری به بخش MGU-K منتقل شود.

حال با این شوک به بررسی تغییرات قوانین پاوریونیت در سال 2021 می پردازیم.

در 31 اکتبر سال 2017 در جلسه ای بین ژان تاد رئیس فدراسیون جهانی اتومبیلرانی و مالکین فرمول یک و سازندگان و شرکت کنندگان حاضر و پتانسیل دار در آینده آن، رویکرد قوانین پاوریونیت سال 2021 وضع شد.

اهداف این قوانین به این صورت وضع شد است که؛

1. هزینه ها کاهش یابد
2. نگه داشتن ارتباط تکنولوژی هایبرید خودروهای جاده ای با خودروهای فرمول یک
3. بهبود صدای خودروها و ایجاد جذابیت برای طرفداران

اگرچه در طی مدت زمان این جلسه تا پایان سال 2018 این تیم ها اجازه طراحی و توسعه دادن پاوریونیت جدید نداشتند تا تمرکز بر روی پاوریونیت فعلی از بین نرود. از طرفی طی 12 ماه بعد از این جلسه تیم اف آی ای بتواند به خوبی برای هدف کاهش هزینه های پاوریونیت، اطلاعات بدست آمده در انتهای فصل از تیم‌ها و همینطور متخصصان خارج از فرمول یک را بررسی کرده تا راهکار نهایی برای اعلام قانون سال 2021 را ارائه کند.

حال تولیدکنندگان پاوریونیت در سال 2021 با چه تغییراتی دست و پنجه نرم خواهند کرد:

1)موتور درونسوز V6 یک و شش دهم لیتری

پس با توجه به وارینه های مختلف برای آینده هایبرید فرمول یک موتور درونسوز دستخوش تغییرات پایه‌ای نخواهد نشد.

اینطور به نظر می‌آید که این حجم و شکل موتور از نظر کارشناسان در تعادلی بین عدم نیاز به سوختگیری در حین مسابقه و ماکزیمم توان خروجی و همینطور صدای تولید شده است که به وضوح رویکرد سال‌های آتی فرمول را نشان می‌دهد.

موتور هوندا 2018 خودروی توروروسو STR13

2)سقف مجاز دور موتور درونسوز به میزان 3000 دور در دقیقه برای بهبود صدا افزایش ‌می‌یابد.

پس با این عمل سقف مجاز دور موتور درونسوز از قانون فعلی 15000 دور در دقیقه به میزان 18000 دور در دقیقه افزایش می‌یابد. البته در حال حاضر هم به ندرت می‌بینید یا اصلا نمی‌بینید که دور موتورها به این حد 15000 دور در دقیقه برسد و معمولاً ماکزیمم تا دور 11000 دور در دقیقه بیشتر عمل نمی‌کنند .

از طرف دیگر این را نشان می‌دهد که در طول مسابقه موتورها به طور میانگین احتمالاً در دورهای بالاتری نسبت به حال حاضر عمل خواهند کرد و این بیشتر از اینکه در سرعت تاثیرگذار باشد بیشتر در تولید صدا تاثیر دارد.

چون واقعیت این است که در دورهای بالاتر با توجه به نمودار گشتاور-سرعت خروجی موتور گشتاور چندان نمی‌تواند افزایش یابد در حالی که رزونانس حاصل آن با مانیفولدها و خروجی‌های اگزوز تولید صدای بیشتری می‌کند چون میزان دور موتور روی میزان هرتز فرکانس صوتی تاثیر دارد.

البته باید به نوع خروجی نگاه کرد و بیشتر به نظر نمی‌آید هدف تولید ماکزیمم توان بیشتری باشد چون افزایش دور کمکی لزوماً به افزایش نقطه ماکزیمم توان خروجی نخواهد کرد بلکه ضربه حاصل از احتراق است که تاثیر دارد.

داشتن دور بالاتر به ازای همان گشتاور ثابت ماکزیمم است که باعث افزایش میزان ماکزیمم توان خروجی می‌شود چون توان خروجی حاصل ضرب گشتاور خروجی و دور موتور در یک نقطه روی نمودار گشتاور-دور است.

3) پارامترهای طراحی داخلی از قبل تعیین می‌شوند تا هزینه‌های توسعه محدود شود و طراحی‌ها و اجراهای مفرطانه جمع شود و جلوگیری شود.

هدف اجرای این قانون اجازه رقابت نزدیکتر در کنار کاهش هزینه تیم‌هاست تا به جای بلندپروازی‌های طراحی و رقابت در این زمینه بیشتر رقابت در حین مسابقه باشد و همینطور تیم‌ها راحت تر به فرمول یک ورود پیدا کنند.

4)حذف MGU-H از پاوریونیت

شاید این بدترین خبری است که در مورد پاوریونیت اعلام شده است و به معنای نشان دادن پرچم سفید و عقبگرد است.

چون با این کار ویست گیت‌ها بیشتر عمل خواهند کرد و برخواهند گشت و کمتر روی دور توربوها از طریق دریافت یا اعمال انرژی الکتریکی از طریق ماشین الکتریکی بین توربو و کمپرسور کنترل خواهیم داشت و مشخصاً روی گشتاور حاصل از ضربه احتراق پیستون‌ها هم تاثیر منفی خواهد گذاشت و اگر توربوهای تکی خوب عمل نکنند لگ در عملکرد پاوریونیت ممکن است ایجاد شود.

هدف این کار این است که با کاهش هزینه تیم‌های بیشتری وارد شوند و بازده موتور هم از اهمیت بیافتد.

این از لحاظ خاص به معنای شکست مسئولان فرمول یک در متقاعد کردن سرمایه‌گذارن بزرگ و شرکت‌های بزرگ برای سرمایه گذاری در این بخش بی آتیه است، چون اگر واقع‌گرا باشیم هایبریدها آتیه‌ای ندارند و خودروسازان و سرمایه گذارن راضی به سرمایه‌گذاری سنگین در سال‌های آتی نخواهند بود.

پس فرمول یک برای جذب بیشتر تیم‌های رده پایین به خود و زنده نگه داشتن روند موتورهای درونسوز در خود با توجه به حضور فرمول ای این کار را در تغییر قوانین خود پذیرفته است که بسیار آینده این رشته را تهدید می‌کند چون تیم ‌های بزرگ به احتمال زیاد اشتیاقشان کم خواهد شد.

آشنایی با MGU-K و MGU-H

5)MGU-K قوی‌تر با تمرکز بر تخلیه انرژی به صورت دستی توسط راننده با امکان ذخیره انرژی در چندین دور خواهد بود تا به راننده یک المان کنترل شونده تاکتیکی ارائه دهد.

بر اساس این قانون امکان برنامه ریزی تخلیه و ذخیره انرژی الکتریکی در دورهای مشخص توسط استراتژیست و مهندس و برنامه قبلی با توجه به هر پیست کنار گذاشته می‌شود و همه چیز در دست راننده قرار می‌گیرد و به مانند بوست الکتریکی در دست راننده خواهد بود.

به نظر می‌آید میزان تخلیه انرژی الکتریکی که ماکزیمم 160 اسب به ازای میزان زمان 33 ثانیه در یک دور بود افزایش یابد اما خوب میزان ذخیره هم باید بهبود یابد. در قوانین فعلی میزان ذخیره انرژی از طریق MGU-K به میزان 2 مگاژول در هر دور است و میزان تخلیه انرژی در هر دور از طریق MGU-K به میزان 4 مگاژول است که انتظار می‌رود این دو مقدار بیشتر شوند و همینطور به صورت دستی توسط راننده تا برنامه ریزی شده توسط تیم. در واقع مد‌های رانندگی هم به نظر می‌آید با این روش آسان‌تر شود و کم دردسرتر.

اگرچه این اعمال توان بیشتر بتواند حذف MGU-H را تا حدی جبران کند اما یادمان نباید برود که MGU-H همیشه حضور داشت در حالی که MGU-K از طریق باطری بزرگ مثل خودروهای هایبرید دیگر پشتیبانی نمی‌شود تا بتواند همیشه عمل کند و لگ موتور درونسوز را از بین ببرد.

بلکه در بازه‌های زمانی به صورت بوست برای بردن رقابت تنگاتنگ به کمک راننده می‌آید و در بازه های زمانی که غیر فعال است همچنان موتور اگر توربو و نفسگیریش در بوست کامل نباشد  لگ دارد و این در زمان لپ خودرو در پیست تاثیر خواهد گذاشت.

6)تک توربوشارژ با محدودیت ابعاد و وزن

این موضوع یک هدف بیشتر ندارد و آن کاهش هزینه‌هاست.

اگرچه به غیر از توربوهای برقی و چند مرحله بودن توربوها مثل دو توربو کوچیک و بزرگ یا بوست‌های الکتریکی جدا از توربو که با توجه به این تعاریف غیرقابل اجرا است، روش‌های مثل توربوهای با شکل هندسی متغییر یا توربو دو هوسینگ (طراحی کونیخ زگ) هم وجود دارد که با توجه به قوانین حال حاضر قابل استفاده نیست مگر اینکه در آینده با توجه به حذف MGU-H در قوانین این امکان حاصل شود تا بتوان گشتاور صافتر و پایدارتری در خروجی داشت و لگ موتور را تا حدی کاهش داد.

7)سیستم ذخیره انرژی و باطری و کنترل اداوت پاورالکترونیکی استاندارد

این بدان معناست که مثلاً سیستم باطری دو بخشی با دو کنترل کننده DC-DC جداگانه متصل به هم فراری دیگر جایگاهی ندارند و در همه خودروها این بخش شبیه به هم خواهد بود و توسط خود فیا ارائه خواهد شد.

از طرفی دیگر نمی توان در هر پیست باطری پکی ارائه داد که مثلاً سیستم خنک کننده اش تغییر کند که وزن کم شود یا انقدر قوی تا جوابگوی عملکرد ذخیره و ارائه انرژی زیاد یا کم از طریق MGU-K باشد.

کاری که مرسدس انجام می‌داد. برای مثال در پیست اتریش این خنک کننده ها بزرگتر و قوی تر از قبل بودند چون عملکرد MGU-H و  MGU-K به شدت افزایش میافت.

از طرفی هنوز تعیین نشده است که میزان ذخیره باطری ها به چه میزان افزایش میابد. به نظر می‌رسد بیشتر شود ولی به چه میزان مهم است.

اگرچه تکنولوژی باطری ها به شدت بهبود یافته است و باطری‌های جدید دیگر نه آتش می‌گیرند( چون الکترولیت دیگر مایع نیست و پلاستیک و جامد است) و هم به ازای حجم یکسان به مانند فرمول ای انرژی دو برابر ذخیره می‌کنند اما در فرمول یک وزنشان بسیار مهم است و گنجایششان نه به اندازه فرمول ای زیاد.

اگر مهندسان به تعادل و ترید آف بین وزن و میزان ذخیره انرژی فکر کنند باز به نظر نمی‌رسد بتوانند تمامی پیچ‌ها را به مانند حال حاضر طی یک برنامه مشخص با MGU-K آن هم به صورت دستی توسط راننده با ماکزیمم عملکرد طی کنند.

در حالی که پاوریونیت فعلی با بوست و یا ذخیره انرژی حاصل از MGU-H به میزان دلخواه و بدون محدودیت می‌تواند در هر پیچی لگ را رفع کند و ماکزیمم عملکرد را اعمال کند.

البته رویکرد هم اعلام می‌کند کاهش هزینه در کنار اعمال بوست دستی، که به نظر می‌آید ترکیب این دو چندان باعث بهبود باطری‌ها نهایتاً نشود چون هزینه باطری‌های جدید هم به نوعی به ازای افزایش زیاد ظرفیت بالاست که باید باز به خاطر این محدودیت هم تعادلی رعایت شود.

مک لارن MCL32

8)طراحی پیشرفته بیرونی از پیش تعیین شده برای قابلیت تعویض موتور/شاسی/جعبه دنده به صورت راحت و “Plug & play“

اگر شما نگاه به فصل های گذشته مخصوصا فصل 2017 مکلارن بیاندازید درمیابید که در مجموعه مستندی به نام رانندگان گرندپری از شبکه آمازون پرایم مشخص می‌شود موتور هوندا نمی‌تواند با گیربکس و شاسی مکلارن به خوبی هماهنگ شود چون یک استاندارد درستی برای اتصال این دو وجود نداشته است و این برای مکلارن و هوندا بسیار گران تمام شد.

به همین خاطر یک طراحی از پیش تعیین شده ای قرار است بین تمام تیم‌ها ارائه شود تا اگر مثلاً وسط فصل از موتور هوندا به رنو یا بالعکس تغییر ایجاد شد به راحتی به گیربکس و شاسی متصل شود اصطلاحاً بخورد و یک استاندارد ثابت و معین بین تمامی تیم‌ها وجود داشته باشد تا سازندگان متفاوت هم بتوانند وارد این عرصه شوند.

9)قصد بررسی سختر و سنگین‌تر قوانین سوخت خودروها و محدود کردن تعداد انواع سوخت‌ قابل استفاده در خودرو وجود خواهد داشت

این به این معناست که مثلاً هر خودرو به راحتی قبل نمی‌تواند برای یک سوخت خاص مثل مرسدس با پتروناس هماهنگ بشود و تعداد سوخت‌های مختلفی که می توانند به کار ببرند محدود می‌شود.

موتور W07 تیم مرسدس

جمع بندی

حال وقتی به تمام این قوانین نگاهی اجمالی می‌اندازیم چیزی که دستگیر می‌شود همانطور که در خود اهداف اعلام شده اشاره شده است این است که تیم‌های دیگری بتوانند وارد این مسابقات شوند و تعداد تیم‌‌ها و تولید کنندگان پاوریونیت افزایش یابد و صدای این خودروها نیز هم افزایش داشته باشد تا مخاطبان بیشتری جذب این مسابقات شوند و رقابت در طراحی‌ها ساده‌تر و هموارتر و یکسان تر شود در حالی که در مقایسه با هدف شوآف‌ها بازده و پیشرفت‌های تکنولوژی بیشتر نادیده گرفته می‌شود.

خوب پس ممکن است بگوید چه عالی ولی واقعیت این است موتوراسپرت فقط در فضاهای خاصی همچون فرمول یک بستر طراحی‌های خاص و پیشرفت و توسعه است در حالی که در این قوانین این موضوع بسیار نادیده گرفته شده است.

به طور معمول از بستر فرمول یک تکنولوژی های بسیاری در دست شرکت کنندگانش قرار خواهد گرفت که این باعث بهبود بازار خودروی هم خواهد شد.

اما با چرخش رویکرد بازار خودرو به سمت و سوی بازار خودروهای الکتریکی بیشتر این طراحی‌ها و توسعه‌ها به نوعی دارد با آمدن تیم‌های با نام بزرگ و شرکت‌های بزرگ پشت سرشان در فرمول ای به این محدوده وارد می‌شود تا فرمول یک.

پس این موضوع باعث تغییر فکر در قوانین فرمول یک هم می‌شود تا مالکان آن بازار خود را از دست نداده و تیم‌های سطح پایین‌تری را جذب کنند تا هنوز درآمد از این مسیر داشته باشند و به کل از بین نرود چون هنوز خیلی‌ها بر این باورند که صدای بیشتر یعنی توان بیشتر و جذابیت بیشتر و هیچ آلترناتیو دیگری اصلا وجود ندارد.

شاید این بدان معناست که مسئولان فرمول یک هم به خوبی به این رسیده‌اند که تکنولوژی هایبرید دیگر تکنولوژی آینده نیست و مشعل توسعه و پیشرفت را به فرمول ای دست به دست کرده‌اند و خود به فضای دیگه ای فکر می‌کنند تا بینندگانی که با این تصور که صدا کم است و از دست رفته‌اند برگردند و فضای رقابت را برای شرکت‌کنندگان یکسان کنند تا رقابت‌های تنگاتنگتری در آن دیده شود.

در واقع بازگشت به سیستم KERS  از ERS یک پیشرفت محسوب نمی‌شود و فقط یک دلخوش کردن به این است که بله ما هنوز اهداف سیستم‌های پایدار و پاک تر هایبریدی را فراموش نکردیم در حالی که توسعه اقتصادی خود را با شوآف می‌بینند.

به نظر من هنوز هم می‌شود از موتورهای درونسوز با صدای بالا استفاده کرد به مانند OPGCI ها و در کنارش با اضافه کردن MGU-K و MGU-H شرکت‌های بزرگ را نگه داشت و هنوز فرصتی دوباره به موتورهای درونسوز با بازده بیشتر و پاکتر داد. اما به نظر می‌آید سرمایه‌گذارن دیگر امیدی به این حوزه ندارند و توسعه دادن تکنولوژی خودرو را می‌خواهند از این فضا خارج کنند و به فرمول ای و خودروهای تمام برقی ببرند.