オープンホイール レースは常に技術革新の記念碑であり、多くの機能が最終的に一般消費者向け車両に採用されています。
しかし、時々、プロセスが逆になることがあります。新しいテクノロジーは商業分野から始まり、その後レース分野にも導入されます。この逆のプロセスが、フル電動車両をグランプリレースで初めて使用する新しいフォーミュラEレースシリーズの現状です。
図1: DSヴァージン レーシングのフォーミュラEカー (出典: DSヴァージン レーシング)
2015年の初シーズンでは、世界中の主要都市で11レース (各レースは「ePrix」と呼ばれます) が行われ、DSヴァージン レーシングを含む10チームがArrow Electronicsと提携しました。シリーズをスムーズにスタートさせるために、全チームが同じモデルの車両、Spark-Renault SRT-01Eを使用し、変更の自由はありませんでした。
シーズン2から、フォーミュラEでは大きな変化が起こっています。オープンクラスになり、革新の余地を広げるためにレギュレーションが年々変化しています。目標は、電気自動車技術の新たな開発を促進し、それを商業部門に再導入することです。
今年は、認可されたメーカーが独自の電動パワートレイン（モーター、インバーター、ギアボックス）を開発できるようになり、レース当日に許可される出力は150kWから170kWに増加しました。レーシング チームは、新しいパワートレインに変更することも、更新されたシーズン1のパワートレインを使い続けることもできます。
将来のシーズンでは、規制がさらに緩和され、メーカーは必要に応じて バッテリー テクノロジー を変更できるようになります。
フォーミュラEカー
図2: フォーミュラEのレースカー (出典: MMDI )
図2に示すように、フォーミュラEのカーは、表面的にはフォーミュラ1やその他の従来のレース クラスで使用されるカーと非常によく似ていますが、いくつか重要な違いがあります。
シャーシ (1) はフランスのSpark Racing Technology社製で、シーズン1では同一のカー42台を製造しました。シーズン1ではMcLaren Applied Technology社がパワートレイン (2) と電子機器を供給し、システム統合 (3) はRenault社が担当しましたが、シーズン2では8つの異なるメーカーの新しいユニットが使用され、モーター、インバーター、ギアボックス、冷却システムがすべて変更される可能性があります。
バッテリー (4) はWilliams Advanced Engineering社製で、最大200kWの電力を発生します。イタリアのダラーラ社は、フォーミュラ1の規制に使用されているものと同じFIAの衝突試験に適合するモノコックシャーシ（5）を製造しています。フォーミュラ1とは対照的に、フォーミュラEの車にはミシュランの単一のタイヤ設計（6）のみがあり、濡れた路面と乾いた路面の両方で使用する必要があります。
パワートレインの概要
フォーミュラEと他のレースクラスの最大の違いは、もちろんパワートレインにあります。
2015年のフォーミュラ1カーは、最大15,000 RPMで稼働し、約600bhpを出力し、約5 mpgの燃費を実現するシングルターボチャージャー付きの1.6リッターV6エンジンを搭載しています。対照的に、フォーミュラEのマシンは、17,000 RPMで稼働し、最大270bhpを出力する同期電動モーターを使用しています。重量はわずか26kg（57ポンド）です。
パワーは半分以下なので、パフォーマンスはフォーミュラ1の基準には達していませんが、フォーミュラEのマシンは3秒で時速100km（62マイル）に達し、最高速度225km/h（140マイル）に達することができます。
レースに耐えうる電動パワートレインを作るには何が必要でしょうか?図3は、シーズン1で使用されたフォーミュラEシステムの概要を示しています。
図3: フォーミュラEのパワートレイン (出典: Sporting Savvy)
Williams Advanced Engineeringのバッテリー パック (1) は、カーボン ファイバー複合材ハウジング内の150個を超える市販のLi-ionポリマー セルで構成されています。ユニット全体の重量は320kg (705ポンド) で、最小許容重量 (車両とドライバー) 896kg (1975ポンド) のかなりの部分を占めています。この設計は、ウィリアムズのフォーミュラ1運動エネルギー回生システム (KERS) の経験に基づいています。
バッテリー アセンブリは車両の構造部品を形成するため、車両と道路の相互作用によって発生する高い応力と力に耐える必要があります。バッテリーは最大200kWの電力を出力できるが、レース中は平均出力を最大25分間発揮し、その後ドライバーは新しい車に乗り換える。シーズン1では、440回のレース出場中、バッテリー障害は1回のみ発生しました。この素晴らしい功績により、ウィリアムズはロイヤル・オートモービル・クラブの名誉あるシムズ・メダルを獲得した。
パワーエレクトロニクスでは熱の発生が常に懸念事項であり、熱管理は最大の設計課題の1つです。フォーミュラEの車両は液体冷却システム（2）を採用している。 冷却液は、各サイドポッドに1つずつある2つのラジエーターを通過します。ホースのシステムにより、非導電性の誘電冷却剤がバッテリーと電子機器のあらゆる部分に送られます。
マクラーレンはP1ハイブリッドスーパーカー用にeMotor（3）と800Vインバーター（5）を開発し、それをフォーミュラEでの使用に適合させました。最大出力200kW（268馬力）は練習と予選用であり、レース中は規則により133kW（178馬力）に制限されます。限られた回数の「プッシュ・トゥ・パス」パワーブーストにより、必要に応じてさらに67kW (90 hp) が追加されます。エンジンはブレーキ時に発電機として機能し、バッテリーを充電して車両の減速を助けます。
ヒューランドギアボックス（4）はエンジン後部にボルトで固定されており、5速＋後進機能を備えています。
これは標準的な電気自動車のモーターと比べてどうでしょうか?非常に優れています。フォーミュラEモーターは26kgのパッケージから200kWを出力し、電力密度は7.7kW/kgです。対照的に、全電気自動車の日産リーフのモーターは重量が58kg（128ポンド）、出力が80kW（110馬力）で、1.4kW/kgという数値です。
このパワートレインはシーズン1のすべての車に必須でしたが、シーズン2では、DSヴァージン レーシングは、DSブランドの所有者であるシトロエンがSpark Racing Technologyと共同で開発した新しいパワートレインであるVirgin DSV-1を使用します。
フォーミュラEのビジョン
フォーミュラEを統括するFIAは、モータースポーツを利用して電気自動車産業を促進し、技術開発を促進することを構想しており、今後数シーズンにわたって同クラスに関する野心的な計画を立てている。
シーズン2では、パワートレイン技術の新たな進歩が見られました。シーズン3では、規則は同じシャーシを維持しますが、異なるバッテリーが許可されます。シーズン5では大きな変更が行われ、レースごとに1台の車のみが許可されます。
技術的でないルール変更もあり、そのいくつかは物議を醸すものとなっている。認知度とエンゲージメントを高める取り組みの一環として、シーズン2で新たに導入されたFan Boostでは、ファンの投票に基づいて3人のドライバーに5秒間、40bhpのブーストが与えられます。投票はレース前と最初の6分間の両方で行うことができます。将来的には、レース全体に拡大される可能性があります。
フォーミュラEは、レースや電気自動車だけにとどまらない幅広いビジョンを掲げており、変化の「手段」となることも目指している。
フォーミュラEのWebサイトには、環境政策、環境に優しい生活のヒント、RE100グローバル イニシアチブなどを扱う持続可能性に関するセクションがあります。また、発展途上国で持続可能な水へのアクセスを提供するために活動するONE DROPなどのパートナーもいます。
これらは価値ある目標であり、Arrow ElectronicsはフォーミュラEと提携していることを誇りに思っています。今後も自動車関連の電子部品に関する当社の専門知識を活かして、このエキサイティングな取り組みにおいてDS Virgin Racingをサポートしていきますので、ご期待ください。