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Neue Elektronik für neue Turbomotoren

Anforderungen werden deutlich höher

Formel 1 Elektronik, Motorsteuerung Foto: ams 11 Bilder

Die neue Turbo-Ära wirft ihre Schatten voraus. Nicht nur bei den Motoren betritt die Formel 1 Neuland. McLaren Electronic Systems und sein Hardware-Partner Freescale müssen auch die Standardelektronik für die Autos anpassen. Es kommen neue Anforderungen auf die Steuereinheit hinzu.

26.06.2013 Michael Schmidt

Der Formel 1-Motor der Zukunft ist ein Ungeheuer. Eigentlich sind es drei Triebwerke, die da zusammenspielen müssen. Der herkömmliche Verbrennungsmotor mit Aufladung und zwei Elektromaschinen. Die eine bezieht ihre Kraft aus der kinetischen Energie, die im Schleppbetrieb des Motors gespeichert wird. Man nennt sie MGU-K, vergleichbar mit dem heutigen Kers. Die andere speist die Energie ein, die durch die Wärmeausdehnung im Auspufftrakt entsteht. sie heißt MGU-H. Zusammen liefern die beiden Generatoren 160 PS für rund 34 Sekunden pro Runde. Doch das wird in den seltensten Fällen so passieren. Die volle Leistung aus der Elektroreserve wird nur auf der Geraden abgezapft. Beim Beschleunigen zweigt der Antrieb einen Teil der Power dazu ab, das Turboloch zu füllen. Also die typische Gedenksekunde, die entsteht, bis die Turbine im Turbolader von den Abgasen auf genügend hohe Drehzahl gebracht wurde, um dann verdichtete Luft in den Ansaugtrakt zu pressen.

McLaren liefert das Betriebssystem

Die Steuerung erfolgt elektronisch. Mercedes, Ferrari und Renault haben da ihre individuellen Ideen. Weil das ganze aber von der FIA überwacht werden muss, liefert das Einheits-Steuergerät die Basis. Es ist quasi ein Betriebssystem für die Software der Hersteller. Auch in Zukunft liefert McLaren Eclectronic Systems (MES) die Standard-Elektronik. Die Hardware, von Sensoren bis zu Mikro-Prozessoren, kommt von der amerikanischen Firma Freescale mit Sitz in Austin. Seit 2008 schreibt die FIA der Formel 1 eine einheitliche Elektronik vor, um Missbrauch auszuschließen. Seitdem ist der Verdacht passé, die Teams könnten verbotene elektronische Systeme an Bord haben. Die Einheits-ECU macht jeden digitalen Vorgang im Rennauto transparent. Und sie muss mit der Software der Teams fehlerfrei zusammenarbeiten.

Direkteinspritzung arbeitet zehn Mal schneller

Auch für MES und Freescale beginnt 2014 eine neue Ära. Es gibt mehr zu steuern und mehr zu kontrollieren. Ein Turbo-Motor ist komplexer als ein Sauger, weil ja noch der ganze druckaufbau durch die Turbine dazukommt. Aus einer Drehmoment-Überwachung wird ein Kontrollsystem für Drehmoment und Energieverteilung. MES-Firmenchef Peter van Manen erklärt: "Das Drehmoment kommt in Zukunft aus verschiedenen Quellen. Die Frage ist, wann, wo und wie es eingespeist wird." Dazu müssen deutlich höhere elektrische Leistungen verkraftet werden. Der Hybridantrieb der nächsten Generation darf pro Runde zwei Megajoule Energie speichern und vier abgeben. Dazu kommt die Direkteinspritzung mit wesentlich kürzeren Taktzeiten. "Bei einer herkömmlichen Einspritzung reden wir von ein bis zwei Millisekunden. Die Direkteinspritzung arbeitet in einem Zehntel der Zeit. Das bedeutet, dass für den Zündfunken mehr Energie aufgebracht werden muss."

Komplette Kontrolleinheit auf Größe von zwei Notebooks

Das läuft auf eine Neukonstruktion der Steuereinheit hinaus, das in etwa so groß sein wird wie zwei Notebooks. "Die neue ist dafür ungefähr zehn Mal so leistungsfähig wie die alte, die wir 2008 entwickelt haben", verrät van Manen. Sie wird einen Teil der heutigen Arbeit des Fahrers übernehmen. "Jetzt drückt der Fahrer einen Knopf um Kers zu aktivieren. Dazu kann er noch die Ladezustände einstellen. In Zukunft wird die Energieabgabe von der Elektronik gemanagt. Der Fahrer kann aber weiterhin die Kennfelder des Motors ändern." Im Gegensatz zur landläufigen Meinung wird der Fahrer 2014 eher entlastet als mit immer neuen Funktionen überfrachtet. Wie sagte Renault-Botschafter Alain Prost: "Der Fahrer wird sich innerhalb der gewählten Einstellungen frei und am Limit bewegen können."

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