F1 Engineer Academy

Phase 2 - 能源与控制系统
Lesson L05 -> L07 -> L06 | 3 lessons

Phase 2 目标

Phase 1 让多多知道 F1 是一台能量机器。

Phase 2 进一步回答三个问题:

核心认知跃迁:从"看到能量"到"理解能量流动和控制"。

L05Energy Store能量存储:电池在哪里?
核心概念
F1 赛车的额外动力来自电池。Energy Store 是整套系统的能量仓库:MGU-K 刹车时给它充电,加速时它向 MGU-K 放电。同一个电池,两种方向。
Energy Store
关键术语
Energy Store (ES) - 能量存储Lithium-ion Cells - 锂离子电池单元 SoC - State of Charge(电量状态)Discharge / Deployment - 放电 / 释放 Charge / Harvesting - 充电 / 回收4 MJ - 每圈可调度能量上限
观察
看图,中间哪个组件是 Energy Store?蓝色箭头从哪里到哪里?绿色箭头从哪里到哪里?为什么两条箭头方向相反?
追问
为什么赛车不能一直开最大功率?如果电池容量只有 4 MJ,工程师该怎么分配每一圈的电量?
预测
比赛还剩 10 圈,如果现在电池电量很高,车手应该立刻用完,还是留一点?为什么?
-> 下一课:能量不只是存在那里,它还会按赛道节奏流动。
L07Energy Flow能量流动:单圈能量怎么跑?
核心概念
能量不是静止的。一整圈比赛中,能量在加速时释放,在出弯时达到峰值,在刹车时回收。工程师要管理的不是一台机器,而是随时间变化的能量流。
Energy Flow
关键术语
Energy Flow - 能量流动Single-lap Budget - 单圈能量预算 +/-4 MJ - 每圈 SoC 摆动限制8.5 MJ/lap - 单圈放电上限 +120 kW - Overtake Mode 额外功率Deployment / Harvesting - 释放 / 回收
观察
看图,图中有几个时间阶段?哪一个阶段是加速放电?哪一个阶段是刹车充电?Overtake 窗口在哪里?
追问
为什么单圈能量使用有限制?如果每一圈都超过 8.5 MJ 放电,会发生什么?
预测
一圈直道很长,另一圈弯很多。你会把更多电量用在直道圈,还是弯多圈?为什么?
-> 下一课:这些能量流动不是随便发生的 - 有一个控制系统在实时决定。
L06Control Electronics控制系统:谁决定能量怎么用?
核心概念
F1 赛车不是纯机械怪兽,而是一台会感知、计算、调整的机器。Control Electronics 连接发动机、涡轮、MGU-K、电池和变速箱,实时决定何时充电、何时放电、何时 Overtake。
Control Electronics
关键术语
Control Electronics (CE) - 控制电子系统ECU - Engine Control Unit Sensor - 传感器Actuator - 执行器 Energy Strategy - 能量策略Overtake Mode - 超车模式
观察
看图,CE 处在什么位置?它连接了哪些组件?图中哪条线代表决策,哪条线代表执行?
追问
为什么赛车能量使用不能只由车手决定?如果车手想超车,但电池电量不够,系统会怎么做?
预测
如果下雨,CE 应该增加能量释放,还是减少?为什么?如果你来写这条控制规则,你会怎么写?
-> Phase 2 结束。你已经知道:能量存在哪里、怎么流动、谁在控制。

Phase 2 综合挑战

比赛进行到第 20 圈,
电池电量还有一半,前方直道很长,
但下圈要进站。

作为工程师,你会:
(1)现在就用掉电量冲一圈,还是留到下一圈?
(2)进站前后电量怎么安排?为什么?

不要找标准答案。写下你的思考。

电量预算直道收益进站损失赛道位置