rss

Traction Control - контроль тяги

09.12.2013 11:55:04
Рассмотрим различные способы реализации контроля тяги, которые применяют ведущие производители мотоциклов.

Колода карт, ладонь, смартфон. Именно такой размер пятна имеет шина заднего колеса вашего литрового спортбайка. Все это перечисленное одного размера, который составляет примерно 64 кв. см. Вся эта площадь на основе каучука должна передать более 160 л.с. и более 80 ньютон-метров крутящего момента на поверхность асфальта.

Если открыть ручку газа слишком резко, то способность передавать всю мощность пятно контакта не сможет, и покрышка начнет проскальзывать. Это еще не конец, и мотоцикл начнет скользить, но если вы будете жадными, и не оставите коэффициента сцепления, мотоцикл потеряет сцепление с поверхностью. Следует отметить, что идеальное значение проскальзывания задней покрышки - это на 15% выше скорости вращения переднего колеса. Иными словами, если вы в повороте двигаетесь со скоростью 100 км/ч, то заднее колесо может вращаться 115 км/ч без особых проблем. Естественно, если вы обладаете навыками для этого.

На фото: Рубен Чаус

Поскольку покрышка при сильном проскальзывании не может удерживать мотоцикл в наклоне - байк начинает вращаться вокруг вертикальной оси, сбиваясь с намеченной траектории. Здесь у вас есть три варианта. Вы можете продолжать увеличивать мощность, подаваемую на покрышку и дело закончится лоусайдом. Вы можете резко закрыть  газ, тем самым прекратив подачу мощности, пятно контакт вновь обретет зацеп с поверхностью, и мотоцикл тут же запустит вас, как катапульта - хайсад более болезнен. Или вы можете тонко дозировать подачу мощности и крутящего момента на заднее колесо, держа под контролем скорость его пробуксовывания и тем самым держать байк в контролируемом заносе.

А теперь настало спросить себя: есть ли у меня навыки, способные удерживать мотоцикл в скольжении, да еще на пике значений мощности и крутящего момента? Меня зовут Никки Хейден, Кенни Робертс, Фредди Спенсер? Конечно нет. В результате, по меньшей мере, шесть производителей мотоциклов (Kawasaki, Yamaha, Ducati, Aprilia, BMW и MV Agusta) теперь производят супербайки с заводским трекшн-контролем (TC, Traction Control), который, в случае необходимости, укротит мощность вашего мотоцикла, которую он способен передать на заднее колесо, а это значит, что жестких последствий можно избежать.

Хотя принцип управления трекшн-контролем разных производителей очень похож, контроль тяги реализуется по-разному: различные алгоритмы, разные датчики. Мы попытались понять эти различия и объяснить, каким образом различные заводы реализуют систему трекшн-контроля на своих мотоциклах. Отчасти, все подробности работы системы управления трекш-контролем производитель патентует и держит в секрете. Поэтому получить доступ в результатам работы инженеров очень сложно. 

Yamaha предлагает шесть ступеней регулировки трекшн-контроля

Все пять производителей мотоциклов, оснащающих свои байки системами ТС (Aprilia, BMW, Ducati, Kawasaki, Yamaha), используют высокоскоростные датчики на колесах. Эти датчики были первоначально предназначены для использования в системах ABS, где им приходится считывать около 50 импульсов за оборот колеса. По сути, контроль над торможением и контроль тяги - идентичные математические задачи. В обоих случаях, проскальзывание или блокировка колеса приводит к разнице скорости вращения колес. Райдеры, как правило, рассматривают ускорение и торможение в виде двух полностью разных процессов, но Ньютон и его Законы не столь разборчивы. Изменение скорости является изменение скорости. Датчик обнаружения уменьшения скорости вращения легко справится с задачей обнаружения увеличения скорости.

Темной лошадкой в этой группе является MV Agusta и ее модель F4. В отличие от других, упомянутых выше, кто использует колесные датчики для обнаружения проскальзывание колеса, в Agusta вместо этого контролируются обороты двигателя. Резкий скачок в числе оборотов двигателя, превышающий допустимый предел, диктуется заданными алгоритмами ЭБУ (ECU, Электронный Блок Управления), и  рассматривается как пробуксовка заднего колеса. Говоря в общих чертах, это подобно тем системам трекш-контроля, которые ставятся в качестве тюнинга.

Казалось бы, легко сделать систему контроля тяги, которая работает на только на данных, собранных с колесных датчиков. Колесо начало вращаться быстрее - вступает в работу ECU. Эта система трекшн-контроля даже будет работать в большинстве случаев. Но современные литровые спортбайки мощны, как никогда, и открытие ручки газа на 100%, на 1 передаче отправит в хайсайд пользователя. Чтобы этого избежать, нужно знать положение дроссельной заслонки, а так же частоту вращения двигателя и выбранную передачу. К счастью, все эти байки оснащены впрыском топлива, и эти значения известны.

Ducati: если вы храбры, можете полностью отключить трекшн-контроль. 
Если нет - воспользоваться плавной регулировкой 
вмешательства электроники в пробуксовку заднего колеса

Можно остановится и на этом, если придерживаться минимального подхода. Есть данные о скорости вращения переднего и заднего колеса, значение крутящего момента и положение дроссельной заслонки. Kawasaki и Yamaha придерживаются такого мнения, и не добавили в свои байки дополнительных  датчиков трекшн-контроля.   

Инженеры Ducati пошли немного дальше, чем два японских производителя. Они добавили один акселерометр, измеряющий продольное ускорение мотоцикла. Ducati не используют информацию о используемом передаточном числе в трансмиссии, радиус шин и т.д. Инженеры обошли всю эту цепочку и использует акселерометр для измерения продольного ускорения.



BMW и Aprilia зашли немного дальше, чем Ducati, и их системы трекшн-контроля включают в себя датчики акселерации (продольное и поперечное ускорения) и два гироскопа. Пока не ясно, как используются данные, собранные с датчкиков бокового ускорения и поворота относительно вертикальной оси. 

В конечном итоге, одних только датчиков не достаточно для системы трекшн-контроля. Система контроля тяги должна уменьшить пробуксовку  до безопасного уровня, сделать это быстро, и сделать это контролируемо. Компьютер уменьшает скольжение ведомого колеса, ограничивая крутящий момент двигателя. Существуют три механизма, чтобы сделать это: отключение цилиндра, изменение угла опережения зажигания, или закрытие дроссельной заслонки. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. 

1. Отключение цилиндра. Достигается путем пропуска впрыска топлива на такте впуска, или подачи искры (но это приведет к появлению несгоревшего топлива в выхлопных газах, что увеличит вредные выбросы). Отключение цилиндра имеет немедленную реакцию двигателя (потребуется менее 180 град. оборота коленчатого вала 4-цилиндрового мотора), широкий диапазон (значение крутящего момента можно изменить от 0 до 100%), но изменения будут грубыми, шаг изменения составит 25%. 

2. Уменьшение угла опережения зажигания. Имеет немедленный отклик, а также тонкое вмешательство. Но контролировать мощность можно только в пределах примерно 20%, не вызывая пропуски зажигания.

3. Закрытие дроссельной заслонки (если дроссельные заслонки имеют сервопривод и управляются по проводам (Ride by Wire). Здесь широкий спектр полномочий (от 0 до 100% падения крутящего момента), но, как правило, данный способ имеет медленный отклик.

ПроизводительДатчики Механизм контроля тяги
KawasakiПередний и задний колесный датчикОтключение цилиндров
YamahaПередний и задний колесный датчикОтключение цилиндров, уменьшение угла опережения зажигания, закрытие дросселя
DucatiПередний и задний колесный датчик, акселератор продольного ускоренияОтключение цилиндров, уменьшение угла опережения зажигания
ApriliaПередний и задний колесный датчик, акселератор продольного ускорения, акселератор бокового ускорения, угол крена, угол поворота вокруг вертикальной осиУменьшение угла опережения зажигания, закрытие дросселя
BMWПередний и задний колесный датчик, акселератор продольного ускорения, акселератор бокового ускорения, угол крена, угол поворота вокруг вертикальной осиУменьшение угла опережения зажигания, закрытие дросселя

Все производители включают опцию антивилли в их системах контроля тяги. Антивилли есть предотвращение углового движения мотоцикла вокруг относительно главной (горизонтальной) поперечной оси (тангаж). Логично было бы предположить, что это достигается на основе информации, поставляемой гироскопом. Но удивительно, что ни один из производителей не пользуется этим. Вместо этого, сравниваются скорости вращения колес байка. Если переднее колесо замедляется, в то время как заднее продолжает ускоряться, компьютер делает вывод, что переднее колесо потеряло контакт с землей, и дает команду на снижение крутящего момента. Вмешательство в способности мотоцикла ездить в вилли зависит от настроек ТС или, в случае с Aprilia, настройкой антивилли контроля.

Пять систем, обсуждаемых здесь, были оценены только в зависимости от количества датчиков и исполнительных механизмов. Kawasaki трекшн-контроль является самой простой из всех систем. У Yamaha немного сложнее, чем у Зеленых, с подобным набором датчиков, но с добавлением электронного управления дроссельной заслонкой. Блок датчиков Ducati в включает в себя один инерционный датчик, но без электронного дросселя. Aprilia и BMW поставили наиболее сложные системы, каждая из которых с электронным управлением дросселями и четыре инерционных датчика. Мы должны отметить, что сложность может быть оправдана в любой системе, если расходы на разработку компенсируются увеличением возможностей системы контроля тяги.

Запомните, что система контроля тяги (трекшн-контроль) не убережет вас на 100% от ситуаций, которые могут возникнуть при вождении литрового спортбайка без определенных навыков.

Связанные статьи:  YAMAHA YZF-R1 ПРОТИВ APRILIA RSV4 R

Андрей Куркурин

статьи по теме