Időutazás, avagy milyen lesz a jövő F1-es motorvezérlése

Tweet

Az új motorformula 2014-es bevezetése új fejlesztésű ECU-t hoz majd a Formula-1 számára (Fotó: McLaren Electronic Systems)

Mint ahogyan az élet megannyi területével kapcsolatosan elmondható, úgy a Formula-1 tekintetében is már-már örök igazságként említhető, miszerint csak egyetlen egy dolog állandó, a folyamatos változás!

Szinte egy évvel ezelőtt, egészen pontosan 2011 júniusában látott napvilágot a Nemzetközi Automobil Szövetség azon bejelentése, amelyben arról tájékoztatták a Formula-1 világát, hogy végleg elfogadásra került az új V6-os motorszabályzat.

A tavalyi év első felében a Formula-1-et érintő egyik legjelentősebb témaként az autóversenyzés elit kategóriájára vonatkozó új, tervezett motorszabálytól volt hangos a világsajtó. A sorozatos tárgyalások és érdekegyeztetések mára véglegesen lezárultak, miután a Nemzetközi Automobil Szövetség Motorsport Világtanácsa elfogadta a Formula-1-es Bizottság elé terjesztett szabálytervezetet. Az előzőleg említett határozat értelmében tehát a 2014-es évben már V6-os, turbófeltöltővel ellátott és KERS-sel kiegészített erőforrások lesznek majd jelen a Formula-1-es versenypályákon.

Az előzetes elképzelések szerint a jelenleg használatos 2.4 literes V8-as szívómotorok helyett 1.6 literes, négyhengeres, 500 bar maximális nyomású, közvetlen üzemanyag befecskendezéses turbómotorokat szerettek volna látni a szabályalkotók, amelyek a Kinetikai Energia Visszanyerő Rendszer használata mellett maximális percenkénti fordulatszámát a jelenlegi 18.000-es értékről 12.000-re szerettek volna redukálni. A szabálymódosítás technikai vonatkozása mellett a hatékonyabb költséggazdálkodás reményében limitálni kívánták továbbá az erőátviteli rendszerek működési módját is, amely a sebességfokozatok száma mellett az egy szezonban felhasználható sebességváltók mennyiségét is érinti.

Mindez természetesen megosztotta a csapatok és a motorgyártók véleményét. A Ferrari ugyanis V6-os motorokat, a Cosworth viszont továbbra is a jelenlegi V8-as erőforrásokat szerette volna látni az F1-ben, míg a Mercedes a szabálymódosítás miatti átállás okozta magas költségekre hivatkozva az új előírások bevezetésének határidejének eltolása mellett voksolt.

Miután a WMSC hajlandó volt kompromisszumos megoldásra, melynek egyedüli kitételeként a csapatoktól egy mindenki számára egyöntetűen elfogadható javaslatcsomagot várt az előzetesen egyeztetett határidőig, a Formula-1-es Bizottság tagjai egy kisebb svédcsavar alkalmazásával ugyan, de elkészültek az irománnyal. Ennek eredményeképpen született meg a mára már elfogadott szabálymódosítás, miszerint a V4-es soros motorok bevezetésének elvét mellőzve, KERS-sel kiegészített, 1.6 literes, V6-os turbófeltöltős motorokat szavaztak meg a Formula-1 számára, amelyre a 2014-es szezonban kell majd átállni a csapatoknak.

Első körben azonban a történetnek csak az egyik része zárult le! A mezőny résztvevői ugyanis nemcsak a motorok hengereinek számával kapcsolatosan módosítottak az eredeti szabálytervezeten, hanem azok maximálisan megengedett percenkénti fordulatszámát illetően is. A jelenlegi 18.000 ford/perc felső határértéket ugyanis 12.000-es szintre akarták csökkenteni a szabályalkotók, a csapatok viszont azt szerették volna elérni, ha ez az érték valahol a 15.000 ford/perc körül lenne limitálva.

Egy nappal a fentiekben említett FIA hivatalos bejelentését követően, miszerint jóváhagyták a KERS-sel kiegészített, 1.6 literes, V6-os turbófeltöltős motorok alkalmazását előíró motorszabály 2014-es évben történő bevezetését, a Nemzetközi Automobil Szövetség újabb közleményt adott ki. Az újonnan összeállított dokumentum szerint pedig döntés született az új erőforrások megengedett maximális percenkénti fordulatszámának kérdésében is, melynek eredményeképpen az eredeti 12.000-es érték helyett a V6-os motorok legnagyobb megengedett percenkénti fordulatszáma 15.000 lesz.

Ennyit röviden a motorokkal kapcsolatos alapvető változásokról. A Formula-1-es versenyautókba szánt új erőforrások megépítésének azonban számos egyéb vonzata van. Az új kivitelű konstrukciónak az autókba történő megfelelő implementálása mellett az erőátviteli rendszert is megfelelően át kell tervezni, és gondoskodni kell a megannyi szempont érvényesülése mellett a megfelelő súlyeloszlásról is. A technikai szabályzatban megadott kritériumok szerint megépített V6-os motor, és a szerkezetileg teljes mértékben összeállított F1-es versenyautó azonban nem kelne életre a szükséges elektronikai rendszerek, és nem utolsó sorban a teljesen új motorkarakterisztikát megtestesítő lóerő-forrás működtetéséhez elengedhetetlen motorvezérlő egység nélkül.

Mielőtt azonban ismertetésre kerülnének a Formula-1-es versenyautók motorvezérlésével kapcsolatosan várható fejlesztések, nézzük meg, milyen rendszerről is van szó valójában.

Az ECU feladata

Nagyobb sebességre képes mikroprocesszort kap majd az újgenerációs motorvezérlő elektronika (Fotó: McLaren Electronic Systems)

A Formula-1-es versenyautókban alkalmazott Elektronikai Vezérlő Egység (ECU – Electronic Control Unit) rendkívül összetett feladatot lát el. Mindamellett, hogy a motor igénybevételének, illetve terheltségének függvényében biztosítania kell az elvárt teljesítményhez szükséges legoptimálisabb üzemanyag-levegő keveréket, szabályoznia kell a gyújtási folyamatokat is. Az egyes feladatok elvégzéséhez a rendszernek számos kiegészítő perifériaelemre és szenzorokra is szüksége van, amelyek üzemmódjelzései alapján végzi el az elektronika és az azt működtető szoftver a szükséges beavatkozásokat. Éppen ezért az ECU-nak olyan üzemállapotokkal is teljes egészében tisztában kell lennie, mint a motor aktuális fordulatszáma, a motor üzemi hőmérséklete, és természetesen azzal is, hogy a pilóta mit is szándékozik tenni az általa használt technikával.

Mit is kell érteni ez utóbbi alatt pontosan? Ahogyan az már korábban is említésre került, az ECU-nak jó néhány érzékelő jeleit is fel kell dolgoznia. Ezen érzékelők között van többek között a hajtótengely vezeték nélküli pozícióérzékelője (nyomatékszenzor), vagy a kipufogógáz hőmérsékletének érzékelője, de említhetnénk a forgásérzékelőket, vagy a fékek terheltségét kiválóan jelző hőmérsékletmérő szenzorokat is, amelyek egyaránt fontos szerepet játszanak az ECU pontos működési folyamataiban. A teljesség igénye nélkül megemlíthető továbbá a gázszabályzó szelep pozíciójának érzékelője, a motor levegőellátottságát ellenőrző légmennyiség mérő, az oxigén-, vagy más néven lambda érzékelő, és nem utolsó sorban a gyújtás és a befecskendezés kontrollálásához elengedhetetlen főtengely jeladó is.

Az F1-es versenyautókban használatos ECU és a hozzá kapcsolódó perifériaelemek részletesebb megismeréséhez szükséges információk az alábbi bejegyzésekben olvashatóak:

• ECU – Az F1-es autó vezérlőrendszere (1. rész)

• ECU: Az F1-es autó vezérlőrendszere (2. rész)

A versenypályákon kívül, a képletesen vett színfalak mögött a csapatok és a különböző beszállítók esetében folyamatos fejlesztések zajlanak, amelyek érintik a 2014-ben bevezetésre kerülő új motorformulával kapcsolatos erőátviteli rendszereket is.

A száguldó cirkuszban használatos, a McLaren Electronic Systems (MES) által gyártott, és minden csapat tekintetében tökéletes azonosságot mutató ECU egyik legfontosabb feladata a versenyautókban lévő, több min 120 különböző szenzor állapotjeleinek fogadása és feldolgozása. A több mint 500 különböző paraméter gyűjtése mellett hozzávetőlegesen 750 billió valósidejű adatot szolgáltat egy autóról egy teljes versenyhétvége során. Ezen adatok továbbításában a csapatok telemetriai rendszerének óriási jelentősége van, hiszen a rendszernek 100%-os megbízhatósággal kell működnie, és folyamatos adattovábbítást kell végeznie minden egyes versenyhelyszínen, függetlenül attól, hogy az autó éppen a pálya mely pontján tartózkodik.

Mi várható 2014-re?

A McLaren Electronic Systems számára jelenleg az egyik legnagyobb kihívást az jelenti, hogy olyan innovatív megoldást dolgozzanak ki, amely a lehető legalkalmasabb lesz a 2014-es V6-os motorok fogadására. Ehhez minden bizonnyal nemcsak szoftveres, de az ECU olyan hardveres összetevőin is változtatni kell majd a mérnököknek, mint például a hatékonyabb és gyorsabb adatfeldolgozást lehetővé tevő mikroprocesszorok beépítése. Ebben a MES számára az austini központtal rendelkező, mikroprocesszorok, vezérlők és különböző szenzorok fejlesztésében és gyártásában óriási tapasztalattal rendelkező Freescale nyújt támogatást. (A félvezetőiparban ismert vállalat 32 bites, 4 magos processzorokkal látja el a MES-t)

Mivel a Formula-1-es versenyautók minden egyes alkotóelemét úgy, és olyan anyagok felhasználásával kell elkészíteni, hogy a végtermék a lehető legkisebb súllyal rendelkezzen, nincs ez másképpen az ECU esetében sem. Ez az alapelvárás természetesen nem fog változni az új rendszerrel kapcsolatban sem, viszont a gyártó által kiadott információk szerint az új ECU nagyjából ötször nagyobb műveleti sebességre lesz majd képes a jelenleg használatos változattal szemben, és az előzőleg említett 500 helyett nem kevesebb, mint 1.000 különböző paraméter gyűjtését és feldolgozását tudja majd elvégezni.

A fejlesztési munkák előrehaladott állapotának köszönhetően az előzetes tervek szerint az új ECU már a következő év első felében tesztelésre kerül a jelenlegi V8-as erőforrásokkal, még mielőtt bekövetkezne annak végleges adaptációja az 1.6 literes, V6-os Turbo Hybrid F1-es motorok alkotta rendszerbe a 2014-es szezonban. Az új erőforrások a jelenlegi konstrukciókhoz képest hozzávetőlegesen 33%-kal hatékonyabb üzemanyag-felhasználás mellett üzemelnek majd, amelyhez az ideális üzemanyag-ellátás módjáról is a továbbfejlesztett ECU fog gondoskodni. Ezen számadat láttán kissé tovább gondolva az előirányzott fejlesztés várható hatását, nagyjából 100kg-nak megfelelő üzemanyag elegendő lesz egy teljes versenytáv teljesítéséhez, szemben az idei szezonban használt Formula-1-es versenyautók esetében alkalmazott 150kg-os mennyiséggel.

Az energiafelhasználás tekintetében is várható tehát valamekkora előrelépés, amely szintén megfelelően igazodna a Formula-1 szabályalkotói által képviselt irányvonal azon részéhez, amely a környezettudatosságot szolgálja. Ezen változásokra azonban – az ECU tekintetében – a csapatoknak is mielőbb fel kell készülni, hiszen a megnövelt műveleti sebességgel és ezzel együtt a rendszer által feldolgozható adatmennyiség drasztikus megemeléséhez olyan számítástechnikai hálózatot kell majd alkalmazni a boxutcában egy-egy nagydíj idejére ideiglenesen felépített csapatgarázsban, amelyek sávszélessége mindezt képes lesz maradéktalanul lekezelni, és a helyszíni valósidejű adatgyűjtés mellett képes lesz mindazt továbbítani a csapat főhadiszállására, illetve gyárába.

A fentiekben említett Freescale és a McLaren Electronic Systems alkotta duó azonban nemcsak a Formula-1, hanem az IndyCar és a Nascar versenysorozatokat is az általuk összeállított ECU-val látja el. A 2014-es évre kifejlesztésre kerülő új rendszerrel a gyártó tulajdonképpen négy alapvető célt kíván kielégíteni, amely a hatékonyság fokozását, a biztonság növelését, a mobilitást és nem utolsó sorban az adott versenyautó maximális teljesítményének kiaknázását érinti. Mindez pedig magában hordoz egy újabb üzenetet, mely szerint a világ különböző autóverseny kategóriáit érintően folyamatosan fejlődő járműtechnika és kommunikációs technológia egyre szorosabb egységet képez a jövőben.

Címkék: ECU, Elektronikai Vezérlő Egység, McLaren Electronic Systems

Hozzászólások (0)

Kilépés a válaszból

Szólj hozzá...

Név *

E-mail cím (nem lesz látható mások számára) *

Weboldal

* A mezők kitöltése kötelező!

Ellenőrző kód *