บทความ

เทคโนโลยีไฮบริด สุดยอดรถแข่ง โพร์เช LMP1


รถยนต์ต้นแบบ Le Mans Prototype โพร์เช 919 ไฮบริด (919 Hybrid) ได้ปรากฎตัวขึ้นที่ประเทศเยอรมนีเป็นครั้งแรกของปี 2016 เพื่อร่วมลงทำการแข่งขันระยะยาวกว่า 6 ชั่วโมงที่ Nürburgring ซึ่งนับเป็นสนามที่ 4 ในรายการแข่งขัน FIA World Endurance Championship ฤดูกาลนี้ โดยเป็นการลงสนามเพื่อป้องกันตำแหน่งในฐานะผู้นำบนตารางคะแนนสะสมและแชมพ์เก่า ในขณะเดียวกันการแข่งขันรายการนี้ยังถือได้ว่าเป็นโอกาสที่ดีในการพัฒนานวัตกรรมเทคโนโลยียานยนต์สำหรับรถสปอร์ทในอนาคต

ผลที่ได้จากการพัฒนา 919 ไฮบริด โพร์เช ใช้โอกาสนี้ในการสร้างสรรค์เทคโนโลยียานยนต์ใหม่ๆ เพื่อรองรับการแข่งขันกีฬาความเร็วด้วยการให้กำเนิด “Mission E” ต้นแบบรถสปอร์ทไฟฟ้าเต็มรูปแบบแห่งอนาคต เปิดตัวสู่สายตาสาธารณชนเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2015 ที่ผ่านมา วิศวกรและนักออกแบบได้ติดตั้งเทคโนโลยีขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแรงดันสูงถึง 800 โวลท์ ซึ่งได้รับการถ่ายทอดความล้ำเลิศดังกล่าวจากรถแข่ง Prototype ผลลัพธ์ที่เกิดจากความมุ่งมั่นทุ่มเท และรังสรรค์ขึ้นจากขีดสุดของนวัตกรรมเทคโนโลยีทุกอย่างที่ โพร์เช ออกแบบขึ้น ได้รับการติดตั้งลงในสุดยอดรถแข่งเจ้าของตำแหน่งชนะเลิศ รายการ Le Mans 2 สมัย-โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเชิงของหลักปรัชญาที่ใช้ในการขับ เคลื่อน อันประกอบด้วย เครื่องยนต์ เบนซิน V4 ขนาดความจุ 2.0 ลิตร พร้อมระบบอัดอากาศ เทอร์โบชาร์จ เสริมการทำงานเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดจากมอเตอร์ไฟฟ้าสมรรถนะสูง ด้วยการพัฒนาขึ้นจาก โพร์เช โดยตรง รวมทั้งระบบชาร์จพลังงานไฟฟ้าย้อนกลับแบบ 2 ช่องทาง หรือ Two different Energy Recovery Systems

ในขณะที่ระบบเบรคทำงานนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งติดตั้งอยู่บริเวณเพลาขับล้อคู่หน้าจะรับหน้าที่ในการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของตัวรถกลับมาเก็บสะสมในรูปแบบของพลังงานไฟฟ้า ในส่วนการทำงานของระบบระบายไอเสีย ชุดเทอร์ไบน์จะทำหน้าที่ขับเคลื่อนเทอร์โบชาร์เจอร์ไปพร้อมกับการสร้างพลังงานไฟฟ้า โดยแบ่งเป็นพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากระบบเบรค 60 % และที่เหลือ 40 % ได้จากระบบระบายไอเสีย สำหรับพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนั้นจะถูกเก็บสะสมไว้เป็นการชั่วคราว ด้วยแบทเตอรีแบบ Lithium-ion และจ่ายพลังงานให้แก่ระบบมอเตอร์ขับเคลื่อนตามความต้องการในลักษณะของ “on demand” ซึ่งหมายความว่า เมื่อผู้ขับขี่ต้องการอัตราเร่งจากรถยนต์ และกดปุ่มสั่งการทำงานเพื่อเพิ่มสมรรถนะขับเคลื่อน ด้วยสภาวะการทำงานดังกล่าวนี้ ผลที่ได้คือ พละกำลังจากเครื่องยนต์สันดาปภายใน ด้วยแรงม้า 500 แรงม้า (368 กิโลวัตต์) ผสานกับกำลังเพิ่มเติมอีกกว่า 400 แรงม้า (294 กิโลวัตต์) ที่ได้รับจากมอเตอร์ไฟฟ้า ก่อกำเนิดประสิทธิภาพที่เหนือชั้นยิ่งกว่า

ด้วยการปฏิบัติหน้าที่อันสอดประสานเป็นหนึ่งเดียวกันของระบบชาร์จพลังงานไฟฟ้าย้อนกลับแบบ 2 ช่องทาง ให้สมรรถนะการขับขี่ที่ยอดเยี่ยม ทั้งนี้ในทุกครั้งที่มีการทำงานของระบบเบรค พลังงานไฟฟ้าจะได้รับการเก็บสะสมเพื่อนำกลับมาใช้ต่อไปในการแข่งขันที่ Nürburgring ซึ่งมีระยะทางกว่า 5.148 กิโลเมตรรอบสนาม สถานการณ์ดังกล่าวจะเกิดขึ้นถึง 17 ครั้งต่อการขับขี่รอบสนาม 1 รอบ ด้วยการเบรคก่อนการเข้าโค้งทุกโค้ง ปริมาณของพลังงานที่ได้รับการชาร์จกลับขึ้นอยู่กับสภาวะของการเบรคที่เกิดขึ้นจริงในขณะนั้น หรือกล่าวได้อีกความหมายหนึ่งว่าพลังงานที่ได้รับการชาร์จกลับมา นั้นจะขึ้นอยู่กับความเร็วของรถยนต์ที่ผู้ขับขี่ควบคุมมาจนถึงทางโค้ง วิธีการเบรค และลักษณะการเข้าโค้งต่างๆ ซึ่งพลังงานไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น จนกระทั่งผู้ขับขี่ยุติการเบรคและเร่งเครื่องออกจากโค้งไป จุดมุ่งหมายของกระบวนการดังกล่าวเพื่อนำพลังงานกลับมาใช้ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ สิ่งที่เกิดขึ้นหลังจากนั้น คือ การที่ผู้ขับขี่เหยียบคันเร่งเพื่อเรียกพละกำลังที่ถูกเก็บสะสมอยู่มาใช้ และแน่นอนว่า สมรรถนะส่วนหนึ่งของตัวรถจะได้มาจากแบทเตอรีในรูปแบบของพลังงานไฟฟ้านั่นเอง

ในขณะที่ระบบเครื่องยนต์สันดาปภายในรับหน้าที่ขับเคลื่อนล้อคู่หลัง ระบบมอเตอร์ไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง คือ ส่วนที่ทำหน้าที่ในการขับเคลื่อนล้อคู่หน้า รถแข่ง โพร์เช 919 สามารถเร่งออกตัวจากทางโค้งของสนามได้โดยปราศจากการสูญเสียแรงขับเคลื่อน ด้วยการทำงานของระบบ all-wheel drive และขั้นตอน อีกส่วนหนึ่งของการชาร์จพลังงานย้อนกลับจะเกิดขึ้น เนื่องจากการทำงานของชุดเทอร์ไบน์ในระบบระบายไอเสียนั่นเอง ด้วยสภาวะการทำงานในรอบเครื่องยนต์สูงอย่างต่อเนื่องนั้น สร้างแรงดันให้เพิ่มขึ้น ในระบบระบายไอเสียเพื่อขับเคลื่อนชุดเทอร์โบชาร์เจอร์จะทำหน้าที่ขับเคลื่อนอุปกรณ์กำเนิดพลังงานไฟฟ้าไปพร้อมกัน ทั้งนี้กระบวนการสะสมพลังงานดังกล่าวจะถูกจำกัดประสิทธิภาพจากกฎข้อบังคับของการแข่งขันที่ได้รับการกำหนดขึ้น ผู้ขับขี่จะสามารถใช้น้ำมันเชื้อเพลิงได้ไม่เกิน 1.8 ลิตร ต่อการวิ่ง 1 รอบสนาม และใช้พลังงานไฟฟ้าได้ไม่เกิน 1.3 กิโลวัตต์ชั่วโมง (4.68 เมกะจูล) ซึ่งต้องผ่านการคิดคำนวณอัตราการใช้เชื้อเพลิงมาเป็นอย่างดี เพื่อให้เกิดการใช้พลังงานทั้ง 2 ลักษณะด้วยความคุ้มค่าสูงสุด โดยไม่มากและไม่น้อยไปกว่าข้อกำหนดในการวิ่งครบ 1 รอบสนามนั่นเอง ในกรณีที่ใช้พลังงานมากเกิน กฎข้อบังคับดังกล่าว ทีมแข่งจะถูกลงโทษ และหากใช้พลังงานน้อยเกินไป นั่นหมายความว่า สมรรถนะการขับขี่ของรถแข่งจะลดน้อยลงตามไปด้วย ดังนั้นนักแข่งมีหน้าที่สำคัญที่จะต้องบังคับควบคุมรถแข่งทั้งในเชิงของการเบรค และการเร่งเครื่องยนต์ เพื่อรักษาอัตราสิ้นเปลืองอันเหมาะสม ที่สุดไว้ตลอดระยะเวลาที่ลงสนาม

หากเรานำกฎข้อบังคับดังกล่าวมาคำนวณโดยใช้ระยะทาง 13.629 กิโลเมตรรอบสนามแข่ง Le Mans เป็นเกณฑ์ ปริมาณของพลังงานไฟฟ้าที่ได้รับอนุญาตให้ใช้จะอยู่ที่ 2.22 กิโลวัตต์ชั่วโมง หรือประมาณ 8 เมกะจูล ซึ่งถือเป็นค่าของพลังงานที่สูงที่สุดเท่าที่ข้อกำหนดของการแข่งขันจะยอมรับได้ โพร์เช 919 คือ รถแข่งคันแรกและเป็นโรงงานผู้ผลิตเพียงรายเดียวของรายการแข่งขันที่สามารถสร้างสรรค์รถแข่งของตนเอง รวมทั้งผลักดันประสิทธิภาพให้เกิดขึ้นได้จนถึงระดับสูงสุดตามข้อกำหนดดังกล่าว ตั้งแต่ฤดูกาล 2015 ที่ผ่านมา สำหรับฤดูกาลแข่งขันปี 2016 นี้ โตโยตา เป็นทีมโรงงานอีกทีมหนึ่งที่สามารถออกแบบรถแข่งให้ใช้พลังงานไฟฟ้าที่ระดับ 8 เมกะจูล ได้เช่นเดียวกัน ในส่วนของทีม เอาดี ยังคงใช้รถแข่งที่มีพลังงานระดับ 6 เมกะจูลเท่านั้น

แนวคิดของระบบชาร์จพลังงานย้อนกลับซึ่งติดตั้งในรถแข่ง โพร์เช 919 ไฮบริด นั้นมีความใกล้เคียงกับการทำงานของระบบอิสระ 2 ระบบที่แยกหน้าที่กันอย่างเสรี ดังนั้นแล้วจึงมีความชัดเจนอย่างยิ่งในเหตุผลที่ โพร์เช เลือกใช้การเก็บสะสมพลังงานผ่านระบบเบรคจากล้อคู่หน้า ซึ่งสามารถสร้างพลังงานจำนวนมหาศาลไปพร้อมๆ กับฟังค์ชันการทำงานหลักที่ไม่มีการขาดตกบกพร่องแม้แต่น้อย สำหรับระบบชาร์จพลังงานย้อนกลับแบบที่ 2 นั้น โพร์เช ได้พิจารณาทางเลือกจาก 2 รูปแบบ อันได้แก่ การสะสมพลังงานจากระบบเบรคในล้อคู่หลัง หรือการใช้ประโยชน์จากระบบระบายไอเสีย และตัวเลือกที่ดีที่สุดนั้น คือ พลังงานที่ได้กลับมาด้วยระบบระบายไอเสียนั่นเอง จากข้อได้เปรียบหลายประการ อาทิเช่น น้ำหนักเบาและประสิทธิภาพที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการชาร์จพลังงานย้อนกลับผ่านระบบเบรค ซึ่งมีระยะเวลาในการทำงานขณะวิ่งอยู่บนสนามน้อยกว่า เนื่องจากในสภาพการแข่งขันจริงนั้น รถแข่งจะ ต้องถูกเร่งเครื่องบ่อยครั้งกว่าถูกเบรค ด้วยเหตุนี้การชาร์จพลังงานย้อนกลับผ่านระบบระบายไอเสีย จึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่าอย่างเห็นได้ชัด ทั้งในแง่ของการลดน้ำหนักที่ไม่จำเป็น และระยะเวลาที่เปิดโอกาสให้ระบบได้ทำงานอย่างเต็มที่ ด้วยการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในรถแข่ง โพร์เช 919 จึงมีกำลังขับเคลื่อนมหาศาลที่ถูกถ่ายทอดไปยังล้อคู่หลัง ถึงแม้ว่าวิธีการนี้จะก่อให้เกิดอาการลื่นไถลของล้อ และตามมาด้วยการสึกหรอของยางในระดับสูงก็ตาม ด้วยหลักการออกแบบและพัฒนาที่ โพร์เช ยึดถือปฏิบัติ ส่งผลต่อการตัดสินใจที่กล้าหาญอย่างยิ่งในการติดตั้งระบบขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าระดับสูงถึง 800 โวลท์ ให้แก่รถแข่ง 919 และเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงเป็นพิเศษดังกล่าวนั้น ทำให้ส่วนประกอบอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาขึ้นใหม่ทั้งหมด เพื่อให้สามารถรองรับประสิทธิภาพการทำงานที่เพิ่มขึ้นเช่นเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็น แบทเตอรี, อุปกรณ์อีเลคทรอนิคส์, มอเตอร์ และเทคโนโลยีระบบชาร์จไฟฟ้าทั้งหมด ล้วนแล้วแต่ได้รับการสร้างสรรค์ขึ้นจากความทุ่มเทของทีมงาน โพร์เช

นับเป็นการยากอย่างยิ่งในการจัดเตรียมชิ้นส่วนอุปกรณ์เพื่อรองรับการทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่มีความต่างสูงเป็นพิเศษเช่นนี้ ไม่ว่าจะเป็นพื้นที่สำหรับติดตั้งอุปกรณ์ทั้งหมด เครื่องกำเนิดพลังงานไฟฟ้าบนล้อช่วยแรง (Flywheel generator) ตัวเก็บประจุชนิดพิเศษ (supercapacitors) หรือแม้แต่แบทเตอรี โดย โพร์เช เลือกใช้แบทเตอรีแบบ Liquid-cooled Lithium-ion ซึ่งประกอบขึ้นจากเซลล์อิสระ ติดตั้งภายในแคพซูลโลหะทรงกระบอกขนาดความสูง 7 เซนติเมตร และมีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาด 1.8 เซนติเมตร นับร้อยๆ เซลล์

ในสภาวะการขับขี่ทั้งบนถนนสาธารณะ และเส้นทางในสนามแข่งขัน ระดับของกำลังและพลังงานจะได้รับการปรับให้อยู่ในภาวะสมดุลเสมอ เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดทั้งในส่วนของการชาร์จพลังงานย้อนกลับ และการปลดปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็ว รวมไปถึงปริมาณของระดับพลังงานที่เหมาะสมในการเก็บรักษา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการแข่งขัน ซึ่งนักขับจะต้องทำการเบรคและเร่งเครื่องอย่างหนักหน่วงอยู่ตลอดเวลา จึงจำเป็นที่ระบบจะต้องสามารถกักเก็บพลังงานที่สร้างขึ้นผ่านระบบเบรคและถ่ายทอดพลังงานอย่างรวดเร็วแม่นยำทันทีเมื่อเหยียบคันเร่งตอบสนองทุกความต้องการของนักขับได้ในทุกสถานการณ์ที่ต้องเผชิญ หากเปรียบเทียบกับการใช้งานอุปกรณ์ทั่วไปในชีวิตประจำวัน พลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากรถแข่ง โพร์เช 919 นั้น สามารถชาร์จแบทเตอรี Lithium-ion ของโทรศัพท์มือถือที่ไม่มีกำลังไฟเหลืออยู่เลยจนเต็มความจุได้ ภายในระยะเวลาน้อยกว่า 1 วินาที ดังนั้นจะเห็นได้ว่าระดับของพลังงานนั้นมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง และส่งผลโดยตรงกับปริมาณของพลังงาน หรือความจุที่สามารถเก็บสะสมได้

รถยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ ความจุพลังงานที่สามารถเก็บสะสมได้จะถูกแปลงออกมาในรูปแบบของระยะทางที่รถสามารถเคลื่อนที่ได้นั่นเอง และด้วยเหตุผลข้างต้น ความจำเป็นพื้นฐานของรถแข่งที่วิ่งอยู่ในสนามจึงแตกต่างกันกับรถสาธารณะที่วิ่งอยู่บนท้องถนนทั่วไป

สำหรับ โพร์เช 919 ได้รับการสร้างขึ้นด้วยนวัตกรรมเทคโนโลยีไฮบริด ที่มีระบบการบริหารจัดการพลังงานที่ยอดเยี่ยมเหนือจินตนาการ รถแข่งคันดังกล่าวผ่านกระบวนการทดสอบในศูนย์ทดลอง เพื่อให้ได้มาซึ่งระบบไฮบริดล้ำอนาคต บรรจุองค์ความรู้ทุกชนิดที่ได้รับจากการเข้าร่วมแข่งขันในคลาส LMP1 อาทิเช่น เทคโนโลยีการระบายความร้อนให้แก่อุปกรณ์สะสมพลังงาน (แบทเตอรี) และมอเตอร์ขับเคลื่อน เทคโนโลยีการเชื่อมต่อวงจรไฟฟ้าภายใต้ความต่างศักดิ์สูงเป็นพิเศษ รวมทั้งพโรแกรมการควบคุมการ ทำงานของแบทเตอรี ประสบการณ์และความก้าวหน้าทางวิศวกรรมยานยนต์เหนือระดับทั้งมวลที่ได้รับมานั้น ล้วนแล้วแต่ถูกถ่ายทอดต่อไปยังรถสปอร์ท 4 ประตูต้นแบบ เปี่ยมสมรรถนะ ในสมญานาม โพร์เช มิสชัน อี (Mission E) ด้วยเทคโนโลยีจากระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแรงดันสูงถึง 800 โวลท์ และแน่นอนว่าความล้ำหน้าของรถต้นแบบคันดังกล่าวจะต้องได้รับการส่งต่อไปยังรถสปอร์ทรุ่นต่างๆ ในสายการผลิตปกติ ซึ่งกำลังจะเผยโฉมออกมาในอนาคตอันใกล้นี้ ในฐานะของรถสปอร์ทที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์แบบคันแรกจาก โพร์เช



------------------------------
เรื่องโดย : นุสรา เงินเจริญ
คอลัมน์ Online : ธุรกิจ
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/yGm1l
วันที่เผยแพร่ : วันอังคาร ที่ 2 สิงหาคม 2559 เวลา 15:29 นาฬิกา

Follow autoinfo.co.th