동차 관련 제품과 시스템을 다루는 글로벌 서플라이어 ZF는 2016년 모나코에 거점을 둔 Venturi Formula E Team과 기술 제휴를 맺고 Formula E에 참가하기 시작했다.

2016/2017년의 Season 3에 댐퍼를 공급하기 위한 개발에 관여했고, 2017/2018년의 Season 4에는 기어박스 공급을 시작, 제2세대를 의미하는 Gen2 샤시가 도입된 2018/2019년 Season 5에는 전동 파워트레인 공급을 시작했다.

전동 파워트레인은 모터와 인버터, 기어박스로 공급된다. 공통 사양의 배터리가 축적된 에너지를 유효 활용하기 위한 소프트웨어 개발도 개발 영역 중 하나다.

ZF의 Formula E 관련 개발ㆍ제조 거점은 독일 및 체코에 존재한다. 레이스 활동의 주체인 ZF Race Engineering은 Schweinfurt에 있으며, 여기서 댐퍼 개발 및 제조, 파워트레인 시스템 개발 및 테스트, 모터 개발 및 제작, 카본 파트 설계와 제조 등을 실시하고 있다.

기어 박스의 제조는 독일 Saarbrucken, 기어 박스 개발과 인버터 개발, 컴포넌트 테스트는 독일 Friedrichshafen, 소프트웨어 개발, 시스템 조합, 프로젝트 관리, 시스템 테스트는 독일 Schweinfurt, 인버터 개발은 체코 Plze?, 기어 박스 제조와 프로토 타이핑은 독일 Saarbrucken에서 이루어진다.

Gen1 차량으로 출전한 Season4에서 모터의 최고출력은 예선 시 220kW, 레이스 시 180kW로 규제되었다. Formula E에는 독특한 룰이 있는데, 팬 투표에 의해 많은 지지를 받은 상위 드라이브에 레이스 도중 엑스트라 부스트 기회가 주어진다. 「Fan Boost」라는 제도이다.

인기를 끈 상위 5명의 드라이버는 레이싱 후반에 +20kW, 즉 220kW의 출력을 5초간, 임의의 타이밍에 사용할 수 있다. Fan Boost가 사용되면 추월 찬스가 커지기도 하고, 추격을 당하고 있을 때는 방어에 유용하다.

Gen2 차량으로는 모터 출력을 끌어올릴 수 있어, 예선 시 250kW, 경기 시 200kW의 출력을 낼 수 있다. Fan Boost 출력은 +50kW의 250kW로 설정되었다. 또한 Season 5부터는 레이스에 「Attack Mode」가 도입되었다. 코스에 설계된 특정 구간을 통과하면 일정 시간 +25kW(225kW)의 부스트를 얻을 수 있는 설정이다.

특정 구간을 통과하기 위해서는 주행 라인을 벗어나면 안되기 때문에 추월 당할 위험도 있다. 그러나 한편으로는 부스트의 위력이 큰 무기로 작용된다. Attack Mode의 사용은 의무이기 때문에 사용하지 않으면 패널티를 받게 된다. 어느 타이밍에 어떻게 사용할지도 경기 결과를 좌우한다.

Gen1 차량으로 참여한 Season 4까지 회생측 출력은 150kW로 규정되었지만 Gen2 차량이 도입된 Season 5 이후는 출력측과 같은 250kW로 끌어올려졌다. 이와 더불어 Break by Wire(BBW)가 도입되었다. 양산 전동 차량의 기술 용어로는 「협조 회생 Break」로 알려진 기술이다. 모터의 발전 저항을 이용한 회생 브레이크와 기존 유압(마찰) 브레이크 배분을 자동 제어하는 기술이다. 이 타이밍에서 ZF는 전동 파워트레인의 개발에 착수한 것이다.

Gen2 차량이 도입된 Season 5부터는 레이싱 포맷도 바뀌었다. Season 4까지는 주회수(거리)가 설정되었으나 Season 5부터는 「45분+1주」로 변경되었고, 배터리 용량은 거의 2배로 늘어 28kWh(Gen1)에서 52kWh(Gen2)가 되었다. Season 4까지 드라이버는 주회수가 설정된 레이싱 도중에 충전이 완료된 차량으로 갈아타야 했으나 Season 5부터는 충전 완료된 차량으로 처음부터 끝까지 주행하게 되었다.

마지막까지 주행할 수 있느냐 없느냐는 에너지 관리에 좌우되므로 에너지 관리 소프트웨어 개발이 그 이전보다 더 중요해졌다. 예를 들면, 44분 59초에 선두의 머신이 컨트롤 라인을 통과한 경우, 레이스는 두 바퀴가 남는다. 그러나 45분 1초로 통과한 경우는 한 바퀴가 남는다. 극단적으로 말하면 2초 차이로 주회수가 1주나 달라지는 것이다.

주어진 에너지를 사용해 스피드로 전환하는 것이 에너지 관리의 목적이지만 너무 공격적이거나 전략에 실패하면 에너지가 부족해 멈춰버린다. 반대로, 에너지를 남겨도 아까우므로 골에 들어온 순간 Zero가 되는 것이 이상적이다. Fan Boost의 권리를 얻은 경우는 에너지 관리의 수정이 필요하므로 이 부분까지 예상해 사전에 준비해둘 필요가 있다.

예선과 레이스는 에너지 관리 방법도 다르다. 예선에서는 에너지량의 제약이 없기 때문에 랩 타임을 최우선하여 에너지 관리를 한다. 한편, 레이스에서 예선과 같은 주행방법을 적용하면 배터리 전력량 부족으로 마지막까지 주행할 수 없기 때문에 감속 시 회생을 중시해야 한다. 랩 타임의 공헌도가 높은 영역에서 에너지를 사용해 가속하고 출력 감도가 낮은 직선 구간 후반에서는 리프트 오프해 공회전한다. 감속 시에는 회생 브레이크에 의존해 에너지를 최대한 회수한다.

역행측, 회생측과 에너지의 출입을 빈번하게 실시하면 배터리 온도가 상승하기 때문에 열관리도 중요하다. 레이스에서는 회생에 의존하기 때문에 리어 유압 브레이크는 거의 쓰이지 않는다.

레이스 주최자로부터 제공 받은 서킷 데이터를 토대로 ZF와 Venturi는 사전에 공동으로 시뮬레이션을 실시했다. 검토를 거쳐 최적의 에너지 관리를 구축하고, 현지 서킷에서의 프리 주행(Free Practice)으로 조정 과정을 거쳐 예선부터 레이스까지 최선의 퍼포먼스를 발휘할 수 있도록 작업한다.

모터나 인버터에 기어박스 등의 전동 파워트레인을 구성하는 하드웨어의 효율을 높일 수 있는 개발도 중요하지만 한정된 에너지를 유효하게 속도로 연결하는 에너지 관리도 중요하다.