นวัตกรรมเทคโนโลยีของรถแข่ง LMP1 ในการแข่งขัน FIA World Endurance Championship WEC

เทคโนโลยี Hybrid อันล้ำเลิศของสุดยอดรถแข่ง ปอร์เช่ LMP1

สตุ๊ตการ์ท. สุดสัปดาห์ที่ผ่านมา รถยนต์ต้นแบบ Le Mans Prototype ปอร์เช่ 919 ไฮบริด 
(919 Hybrid) ได้ปรากฎตัวขึ้นที่ประเทศเยอรมณีเป็นครั้งแรกของปี 2016 เพื่อร่วมลงทำการแข่งขันระยะ

ยาวกว่า 6 ชั่วโมงที่ Nürburgring ซึ่งนับเป็นสนามที่ 4 ในรายการแข่งขัน FIA World Endurance
Championship ฤดูกาลนี้ โดยเป็นการลงสนามเพื่อป้องกันตำแหน่งในฐานะผู้นำบนตารางคะแนนสะสม
และแชมป์เก่า ในขณะเดียวกันการแข่งขันรายการนี้ยังถือได้ว่าเป็นโอกาสที่ดีในการพัฒนานวัตกรรม
เทคโนโลยียานยนต์สำหรับรถสปอร์ตในอนาคต

ผลที่ได้จากการพัฒนา 919 ไฮบริด (919 Hybrid) ปอร์เช่ใช้โอกาสนี้ในการสร้างสรรค์เทคโนโลยี
ยานยนต์ใหม่ๆ เพื่อรองรับการแข่งขันกีฬาความเร็วด้วยการให้กำเนิด “Mission E” ต้นแบบรถสปอร์ต

ไฟฟ้าเต็มรูปแบบแห่งอนาคต เปิดตัวสู่สายตาสาธารณชนเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2015 ที่ผ่านมา วิศวกรและ
นักออกแบบได้ติดตั้งเทคโนโลยีขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแรงดันสูงถึง 800 โวลท์ ซึ่งได้รับการถ่ายทอด

ความล้ำเลิศดังกล่าวจากรถแข่ง Prototype ผลลัพธ์ที่เกิดจากความมุ่งมั่นทุ่มเทและรังสรรค์ขึ้นจากขีดสุด ของนวัตกรรมเทคโนโลยีทุกอย่างที่ปอร์เช่ออกแบบดีไซน์ขึ้น ได้รับการติดตั้งลงในสุดยอดรถแข่งเจ้าของ ตำแหน่ง ชนะเลิศรายการ Le Mans 2 สมัย – โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเชิงของหลักปรัชญาที่ใช้ในการขับ เคลื่อน อันประกอบด้วย เครื่องยนต์ เบนซิน V4 ขนาดความจุ 2.0 ลิตร พร้อมระบบอัดอากาศ เทอร์โบชาร์จ เสริมการทำงานเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดจากมอเตอร์ไฟฟ้าสมรรถนะสูง ด้วยการพัฒนาขึ้น
จากปอร์เช่โดยตรง รวมทั้งระบบชาร์จพลังงานไฟฟ้าย้อนกลับแบบ 2 ช่องทาง หรือ two different
energy recovery systems

ในขณะที่ระบบเบรกทำงานนั้น 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 ก่อกำเนิดประสิทธิภาพที่เหนือชั้นยิ่งกว่า

ด้วยการปฏิบัติหน้าที่อันสอดประสานเป็นหนึ่งเดียวกันของระบบชาร์จพลังงานไฟฟ้าย้อนกลับแบบ 2
ช่องทาง 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  ในขณะที่ระบบเครื่องยนต์สันดาปภายในรับหน้าที่ขับเคลื่อนล้อคู่หลัง ระบบมอเตอร์ไฟฟ้าประสิทธิภาพ สูงคือส่วนที่ทำหน้าที่ในการขับเคลื่อนล้อคู่หน้า รถแข่งปอร์เช่ 919 สามารถเร่งออกตัวจากทางโค้งของ สนามได้โดยปราศจากการสูญเสียแรงขับเคลื่อนด้วยการทำงานของ ระบบ all-wheel drive และขั้นตอน อีกส่วนหนึ่งของการชาร์จพลังงานย้อนกลับจะเกิดขึ้น เนื่องจากการทำงานของชุดเทอร์ไบน์ในระบบ

ระบายไอเสียนั่นเอง 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 ที่สุดไว้ตลอดระยะเวลาที่ลงสนาม

หากเรานำกฎข้อบังคับดังกล่าวมาคำนวณโดยใช้ระยะทาง 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 จึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่าอย่างเห็นได้ชัดทั้งในแง่ของการลดน้ำหนักที่ไม่จำเป็นและระยะเวลาที่
เปิดโอกาสให้ระบบได้ทำงานอย่างเต็มที่ 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 ทุ่มเทของทีมงานปอร์เช่  

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 เพื่อให้เกิดการใช้พลังงานทั้ง 2 ลักษณะด้วยความคุ้มค่า