ДРЕССУРА ЖЕЛЕЗА
ДРЕССУРА "ЖЕЛЕЗА"
фото Александра БАТЫРУ, создателя и производителей
КОСМОС СУПЕРСИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ ГОНОЧНОЙ ТЕХНИКИ
ЧАСТЬ IV, МОЗГОВАЯ
Зверек почуял жертву. Его мозг моментально собрал данные от органов эмоций и произвел нужные вычисления: длина прыжка, сила, направление. Мельчайшая ошибка, и добыча улизнет. Либо сам зверек станет жертвой собственной же некорректности... Сейчас проведем "трепанацию черепа" животного и изучим его высокоточный и сверхбыстродействующий кремниевый мозг.
Начнем с требований, которые нужно учесть при разработке бортовой электроники гоночных байков. Но в сей раз не проводим границу меж классами гоночных машин, так как их электрические системы идентичны.
1-ое требование разумеется - бортовая электроника должна отлично управлять сложнейшим агрегатом байка - движком и позволять пилоту очень использовать его способности в всех критериях.
2-ое требование связано с тем, что персоналу "конюшен" следует знать четкие последствия тех либо других конфигураций в настройках байка и действий пилота. Для этого нужно иметь возможность определять и запоминать неограниченное количество характеристик, таких, как скорость, ускорение, угол наклона, положение ручки газа и т.п.
Требование номер три - некие из измеренных характеристик нужно в очень комфортной форме индицировать пилоту.
Ряд требований в одинаковой мере относится ко всей бортовой электронике байков: влагопылезащищенность, малый вес, виброустойчивость, температурная стабильность, маленькое потребление электроэнергии. Надеюсь, это ясно.
Разберемся, как работает система управления впрыском горючего.* Одна из деталей системы впрыска - инжектор. На самом деле, это форсунка (либо несколько форсунок), перед которой стоит электронный бензоклапан. Количество бензина, протекающего через инжектор, определяется давлением бензина, поперечником и количеством форсунок и длительностью открытия электрического бензоклапана. Таким макаром, для дозирования бензина, смешивающегося с воздухом во впускном тракте, нужно изменять длительность фазы открытия электроклапана (все другие характеристики считаем неизменными). Каким же образом ECU определяет, на какое время открыть клапан? Ключ к решению задачки - карты впрыска горючего. Это - обыденные таблицы, выставленные в электрической форме и "зашитые" в память микропроцессора ECU. Всякий раз, когда близится фаза впуска, микропроцессор считывает информацию с датчиков оборотов, положения ручки газа, давления воздуха, температуры мотора и т.п. и начинает путь по картам впрыска горючего. К примеру, на этот момент времени движок работает на 12 000 об/мин, и мы открыли газ на 70%. Вооружившись этими цифрами, микропроцессор ECU "лезет" в таблицу и "отыскивает" строчку и столбец, надлежащие этим оборотам и положению ручки газа. На скрещении подходящего столбца и строчки лежит ячейка с разыскиваемыми цифрами - длительностью открытия электрического клапана топливного инжектора. Пусть для примера это будет 500 микросекунд.* Но на этом работа микропроцессора не завершается. Микропроцессор лезет в последующую карту и отыскивает ячейку, подобающую отысканному времени 500 микросекунд и температуре воздуха, к примеру, 27 градусов. Содержимое отысканной ячейки - поправка, которую следует добавить к приобретенному из первой таблицы времени. Да и это не все. Дальше микропроцессор по очереди обходит карты, содержащие поправки, зависящие от давления воздуха, температуры охлаждающей воды, масла и напряжения бортовой сети, и все это необходимо успеть сделать наименее чем за 0,005 секунды. В конечном итоге выходит приблизительно последующее: 500+15%-8%+3%-6%.* Это и есть четкое время, на которое необходимо открыть клапан инжектора для получения хорошей консистенции в данном цилиндре. Описанный процесс повторяется для каждого цилиндра и рабочего цикла. Аналогично картам впрыска есть и карты зажигания, по которым ECU определяет лучший угол опережения и предутверждает детонацию. Все перечисленные карты для всех погодных критерий разрабатываются на заводе во время динамометрических испытаний движков.
Из произнесенного становится ясно, каким образом настраивают четырехтактные движки MotoGP и SBK и почему мы так нередко лицезреем механиков с портативными компьютерами. Совсем правильно, карты загружаются с этих самых ноутбуков. Представляете, как проще загрузить новые карты при помощи компьютера, чем поменять жиклеры и иглы карбов "двухтактников" GP-125 и GP-250? Если же к этому добавить тот факт, что при помощи этих самых карт ECU может автоматом восполнить фактически любые конфигурации метеоусловий, то преимущество впрыска горючего над классическими карбюраторами становится абсолютным. Более того, практически все Новинки Автопрома MotoGP и некие байки SBK позволяют загрузить в ECU сходу несколько наборов карт впрыска и опережения (к примеру, один набор карт оптимизирован под характеристики свежайшей резины, другой - под "влажную" и 3-ий - для "вялой") и переключаться с одной на другую прямо во время гонки.
Не считая того, карты впрыска отвечают еще за один важный нюанс работы мотора. Да, это несчастная форма кривых мощности и вращающего момента. Изменяя характеристики карты впрыска на определенных оборотах, можно пожертвовать хорошими пропорциями консистенции в пользу формы этих самых кривых и убрать ненужные "провалы" и "подхваты", облегчив, таким макаром, дозирование мощности в поворотах. Либо напротив, пожертвовать податливым нравом мотора в пользу высочайшей пиковой мощности, которая позволит опередить конкурента на прямой. Напомню, что переключать карты можно конкретно на ходу, что дает возможность использовать каждую карту вот тогда, когда она принесет больше полезности.
Чтоб совсем "сдружиться" с понятием карт впрыска горючего, давайте вспомним о знакомом фактически каждому Подвескабайкеру пауэркоммандере.* Это электрическое устройство представляет собой дополнение к стоковому ECU и позволяет поменять карты впрыска (а в комплекте с модулем зажигания* - карты опережения и обороты срабатывания ограничителя) зависимо от типа и конструкции впускной и выпускной системы. Естественно, по сопоставлению с проф гоночными ECU компаний Motec и Magneti Marelli PowerCommander существенно отстает по функциональности, но для дорожного внедрения и даже для гонок BSB и AMA** его способностей более чем довольно.
Разобравшись с картами опережения и впрыска, давайте поглядим, каким образом главный орган управления байка - ручка газа - управляет блоком ECU. Обычная схема такая: ручка газа механически связана с заслонками во впускном тракте. На оси заслонок размещен электрический датчик, сообщающий ECU угол, на который эти заслонки открыты. В таком решении (оно использовано фактически на всех серийных Подвескабайках и байках класса SBK) есть одно бесспорное преимущество: оно дает пилоту чувство прямой связи ручки газа с задним колесом. Но в этом же кроется и его недочет: пилот может злоупотреблять этой прямой связью и добиваться от мотора того, чего он дать не может, либо что в неких критериях приведет к нехорошим последствиям. В качестве примера давайте вспомним, как реагировали на открытие газа ранешние дорожные Подвескабайки с впрыском горючего.
При резком открытии заслонки скорость воздушного потока во впускном тракте также резко падает. Даже если ECU учтет это явление и уменьшит длительность фазы впрыска, струя горючего из инжектора может "прошить" насквозь неспешный поток воздуха и осесть на обратной стене впускного патрубка. Как следствие, смесь получится обедненная и движок на мгновение растеряет мощность. Толикой секунды позднее осевшее горючее улетучится и переобогатит последующую порцию консистенции - движок "рванет". Итог - "нервная" реакция на ручку газа. Успокоить "нервишки" можно 2-мя методами. 1-ый - установить перед заслонкой, связанной с ручкой газа, вторую, которой бы управлял сам ECU. В данном случае блок ECU сумеет предупредить падение скорости воздушного потока при резком повороте ручки газа методом плавного открытия (либо даже закрытия) "собственной" заслонки. По этому пути пошла Suzuki в собственной системе SDTV.* 2-ой метод - и совсем отобрать у пилота прямой контроль над заслонками. Конкретно этот принцип и употребляется в самой передовой системе управления движком - Fly-By-Wire.**
Как мы уже сообразили, в системе Fly-By-Wire ручка газа более не связана впрямую с заслонками во впускном тракте, а управляет датчиком, модифицирующим угол поворота в электронные сигналы. Эти сигналы приходят на вход модуля ECU, который, если нужно, корректирует их, заносит надлежащие поправки и открывает (если открывает!) заслонки при помощи шагового электродвигателя конкретно на ту величину, на которую необходимо на этот момент времени. Другими словами, если пилот просит от мотора неосуществимого, блок ECU занесет свою поправку и сгладит людскую ошибку. Не считая того, что описанное выше "нервное" поведение байка при резком открытии газа становится подконтрольным, электроника блока ECU позволяет поднять уровень контроля над байком на принципно новые высоты. Только система Fly-By-Wire позволяет в чистом виде ввести такие "сервисы", как контроль старта*, контроль сцепления с дорогой** и управление торможением движком***. Справедливости ради необходимо отметить, что все эти "сервисы" можно воплотить и на традиционных системах впрыска с механической связью меж ручкой газа и заслонками, но вынудить их работать гладко еще труднее.
Итак, контроль старта. Из материала "Светофорные Гран-при"**** мы знаем, что для действенного ускорения нужно поддерживать обороты в зоне наибольшего вращающего момента и сразу при помощи сцепления задерживать ускорение в таком спектре, чтоб оно было очень вероятным, но не привело к чрезмерному поднятию фронтального колеса. Задачка не из обычных, в особенности если мощность мотора около 250 л. с. К счастью, электроника на нашей стороне. До гонки пилот нажатием кнопки переводит байк в режим старта. Имея полный контроль над заслонками, ECU системы Fly-By-Wire независимо от положения ручки газа (пилот может вывернуть ее на полную) ограничивает мощность мотора таковой величиной, которая может быть неопасно реализована при данных критериях. Ориентируясь по бессчетным бортовым датчикам (о их - чуток позднее), ECU на ранешних стадиях определяет начало подъема фронтального колеса либо пробуксовку заднего и в подходящих границах понижает либо наращивает мощность. Не считая этого блок ECU в состоянии управлять и сцеплением (достоверных данных нет, но есть подозрение, что некие команды употребляют блоки сцепления, управляемые электроникой), регулируя связь меж движком и колесом. Так что гонщику для действенного старта остается открутить газ и в подходящий момент кинуть сцепление. А 1-ый же сброс газа выведет ECU из стартового режима и вернет пилоту полный контроль над байком.
2-ой "наворот" систем Fly-By-Wire - контроль сцепления с дорогой. По сопоставлению со сложностью этого "наворота" предшествующий - просто детский лепет. При этом трудность не в том, чтоб приостановить пробуксовку, а в том, чтоб найти, когда она началась и когда эта пробуксовка вредоносна. К примеру, можно ассоциировать скорости вращения фронтального и заднего колес, но во время вилли эти данные не позволят блоку ECU принять правильное решение. Еще сложность: как быть с контролируемым заносом, вызванным преднамеренно? В данном случае нам вообщем не надо останавливать пробуксовку. Выход - "обучить" ECU принимать решение на основании данных, приходящих сходу от нескольких датчиков. К примеру, если датчик хода вилки докладывает, что она стопроцентно разжата, означает, байк поднялся на заднее колесо, и замедление вращения фронтального колеса относительно заднего не значит начало пробуксовки. Но как тогда выявить начало сноса заднего колеса, если байк едет лишь на нем? Для этого употребляют такие датчики, как трехмерные гироскопы и акселерометры. Благодаря гироскопическому датчику ECU точно знает, в каком положении находится байк, а акселерометр скажет момент резкого конфигурации бокового ускорения, соответствующий для начала сноса заднего колеса. Не считая того, данные гироскопа употребляются для масштабирования карт впрыска таким макаром, чтоб при прохождении поворотов в распоряжении пилота было только малость больше мощности, чем можно воплотить при данной скорости и угле наклона байка. Другими словами, на основании данных гироскопа ECU автоматом уменьшает мощность мотора в поворотах до величины, только малость превосходящей ту, которую может воплотить резина. Это дополнительно упрощает дозирование газа и уменьшает нехорошие последствия ошибок пилотов.
Но даже гироскопический датчик и акселерометр не позволяют достоверно найти, что происходит с байком в неких гоночных ситуациях. Чтоб ECU имел возможность вправду беспристрастно оценивать происходящее, ему следует знать реальную скорость и направление движения байка относительно поверхности трека. Эту информацию предоставляют три типа датчиков: оптический датчик скорости, радар и датчик на базе GPS*. У первых 2-ух есть значительные недочеты (оптический датчик неточен, когда байк находится в наклоненном положении, радар ловит помехи от инфраструктуры трека и других радаров, и оба они достаточно массивные), а вот датчик на базе GPS показал себя очень отлично. От 10 до 50 раз за секунду он считывает сигналы нескольких спутников и вычисляет с помощью их реальную скорость байка в каждый момент времени и его положение на треке с точностью до нескольких см. Приобретенная информация и становится "едой" для размышления блоку ECU, также поступает в систему даталоджинга, которую мы "препарируем" чуток позднее.
Последний "наворот" системы Fly-By-Wire - контроль торможения движком. Из 2-ой части "Дрессуры" мы знаем, что при "нахальных" переключениях вниз с блокировкой заднего колеса борется проскальзывающее сцепление (его еще именуют сцеплением с оборотной пробуксовкой). Но его возможностей оказывается недостаточно. Дело в том, что зависимо от разных наружных критерий (качество поверхности трека, сухой асфальт либо влажный, направление наклона дороги и т.п.) в распоряжении задней покрышки оказывается различная величина сцепления с дорогой. Из-за того, что блок сцепления не способен выслеживать связь заднего колеса с дорогой и начинает проскальзывать только при определенной фиксированной величине оборотного момента, он далековато не всегда отлично предутверждает блокировку заднего колеса. Облегчить задачку проскальзывающего сцепления и призвана система управления торможением движком.
Существует несколько подходов к построению системы управления торможением движком. 1-ый состоит в том, что ECU анализирует сигналы бортовых датчиков и при возникновении намеков на блокировку заднего колеса во время торможения движком плавненько увеличивает холостые обороты до прекращения симптомов. 2-ой подход употребляется в Honda RC211V. ECU этого байка управляет особым электрическим клапаном, врезанным во впускной тракт меж клапанами ГРМ и заслонками. Как заднее колесо проявляет тенденцию к блокировке, клапан раскрывается и позволяет воздуху впрямую течь в цилиндры, понижая эффект торможения движком. На теоретическом уровне вероятен и 3-ий подход, когда ECU впрямую (при помощи гидравлики) принуждает блок сцепления проскальзывать, но достоверной инфы об его применении пока нет.