https://f1i.auto-moto.com/

F1のパワーユニットは、ターボエンジンに2つのモーターを合わせたハイブリッドとなっています。クランクシャフトに繋がったMGU-Kとタービンに繋がったMGU-Hがあり、それぞれ電気エネルギーの出力と回生（発電）を行います。

2020年第8戦イタリアGPより、エンジンマッピングシングルモードが発効されERSの重要度は更に増しています。

今回は簡単にERSをどのように使っているのかを確認しておきましょう。本当に簡単にです（笑）

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パワーユニットERSエネルギー規定

ES（SOC：充填状態の最小と最大の差が4MJ）、MGU-K（120kw）、MGU-H（無制限）

  • ES⇒Kはラップあたり4MJ
  • K⇒ESはラップあたり2MJ
  • Hは双方向に無制限

J（ジュール）は仕事量のことで1Wを1秒間使うと1Jとなり、ES全てのエネルギー4MJ（=4000kJ）を、120kwのMGU-Kで使用すると33.3秒（4000/120）となります。

ERSの稼働（素人Jinによる超簡単な設定）

仮にMGU-Hを70kwとして、2020年スペインGP予選におけるフェルスタッペンのスロットルとブレーキ操作に、当てはめてみました。

https://www.formula1.com/
No Point SPD Time Int MGU-K MGU-H SOC ES⇒K K⇒ES
1 T16 193 -6.00 0.00 0 0 4,000
2 S 287 0.00 6.00 ▲ 720 420 3,700 300
3 T1 318 8.72 8.72 ▲ 1,046 610 3,264 436
4 T1b 167 10.40 1.68 202 3,466 202
5 T1full 164 11.28 0.88 ▲ 62 3,404
6 T4 290 21.48 10.20 ▲ 1,224 714 2,894 510
7 T4 b 168 23.60 2.12 254 3,149 254
8 T4 full 178 24.64 1.04 ▲ 73 3,076
9 T5 257 28.60 3.96 ▲ 475 277 2,878 198
10 T5 b 113 31.00 2.40 288 3,166 288
11 T5 full 142 32.28 1.28 ▲ 90 3,076
12 T7 265 36.88 4.60 ▲ 552 322 2,846 230
13 T7 b 180 38.40 1.52 182 3,029 182
14 T7 full 180 39.16 0.76 ▲ 53 2,975
15 T10 309 49.60 10.44 ▲ 1,253 731 2,453 522
16 T10 b 86 52.56 2.96 355 2,809 355
17 T10 full 130 54.60 2.04 ▲ 143 2,666
18 T12 209 56.84 2.24 ▲ 269 157 2,554 112
19 T12 b 143 58.36 1.52 182 2,736 182
20 T12 full 165 60.64 2.28 ▲ 160 2,577
21 T13 223 62.44 1.80 ▲ 216 126 2,487 90
22 T13 b 161 63.92 1.48 178 2,664 178
23 T14 174 65.36 1.44 ▲ 101 2,563
24 T14 b 88 67.44 2.08 250 2,813 250
25 15 full 133 69.88 2.44 ▲ 170 2,643
26 F 285 76.32 6.44 ▲ 773 451 2,321 322
計 2,592 1,783

※ｂはブレーキタッチ時間、fullはフルスロットルになるまでの時間

  • MGU-K(120kw)：緑背景のフルスロットル区間ではフルパワーで使用、赤字のブレーキタッチ時間はフル回生
  • MGU-H(70kw)：緑背景のフルスロットル区間ではフル回生、スロットル操作無しや調整中はフルEブースト状態
  • フルスロットル区間で回生したMGU-Hのエネルギーは直接MGU-Kで使用、不足分はESより
  • SOCの最大値4MJは最終コーナーに設定

各部の損失を0とした場合は、上の表のように2.3MJもエネルギーが残ってしまいました。

予選ラップにおいてエネルギーは使い切っているはずなので、実際は損失が2.3MJあるという事になります。ハイブリット車のモーターで損失は5%だと見た事あります。MGU-Kを120kwにするためには+5%のエネルギーが必要になり、回生では-5%のエネルギーしか得られないという事になるでしょう。

ES（バッテリー）も放出時に損失が大きいようなので、そのあたりを考慮しなければなりませんが、電気素人にはちょっと無理です（笑）

次に、実際の稼働状態を見てみましょう。

ERSの稼働（2017年ベルギーGP予選：ホンダPU）

https://www.formula1.com/
引用元⇒三栄書房：Motor Fan illustrated特別編集 Motorsportのテクノロジー 2017-2018（20ページ）

オレンジが2016年、ブルーが2017年の稼働状態を表しています。

MGU-Kのグラフは上に張り付いているのが出力している時、MGU-Hのグラフが下に張り付いているのが回生をしている時、上になるところはタービンを回すEブーストになります。

真ん中あたりにあるグラフは雑誌では記載がないですが、十中八九SOCです。

ケメルストレートではKをほぼフルパワーで使用しているのでSOCは減少していきます。最終シケイン手前ではSOCが増加しているのでKはHの回生以下の出力となるでしょう。

低速になった後で、MGU-HのEブースト・MGU-Kの出力でデプロイを消費して一気にSOCが減少しています。ラップタイムを押し上げるのは、いかにして低速走行を減らすかなので、理にかなったデプロイの使用方法です。

まとめ

このように複雑なERSの稼働をさせています。

これらは全てERSマッピング（デプロイメント）で、ラップあたりどこでどのように稼働させるのかプログラミングします。マシンはGPS受信できませんので、ドライバーの操作（ギアポジションなど）・速度から走行距離を算出し今どのターンにいるか判断しています、そしてコントロールライン通過でリセットされます。

ステアリングには、SOCダイヤルやOTボタン（オーバーテイク：Kの出力を上げる）があり、エネルギーデプロイメントを切り替える事が出来ます。

市販車のようにアクセルやブレーキ操作の仕方から、出力や回生の全てを自動制御しているわけではないのです。

 

今回はERSについて、デプロイとSOCに関する事が、読者様の知識補完に少しでも役立てれば幸いです。

用語解説

  • ERS：エネルギー回生システム（Energy-Recovery System）
  • ES： バッテリー（Energey Store）
  • MGU-K：運動エネルギー回生モーター（Motor Generator Unit Kinetic）
  • MGU-H：熱エネルギー回生モーター（Motor Generator Unit Heat）
  • SOC：充電率または充電状態（State Of Charge）
  • デプロイ：エネルギーの事（deploy）、IT関連デプロイメントのF1造語