Призрак роботизации. Часть вторая: электронная

14 июня 2014

Человеческая цивилизация обречена на развитие электроники, ведь кремний, основной для нее материал, составляет около трети земной коры.


Призрак роботизации. Часть вторая: электронная

Выпуск:
Журнал «МОТО» – июнь 2014

Автор:
Александр ВОРОНЦОВ, иллюстрации из архива редакции

Теги:
Роботизация / Автоматизация / Know-how / Техника / Устройство /

Просмотры:
4202

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями:

Всему виной человеческая лень. В традиционной системе зажигания необходимо постоянно следить за контактами прерывателя: чистить их, регулировать зазор, заменять, если проходящий через них ток вызвал такую эрозию, что корректно выставить зазор невозможно. 

Изменение опережения зажигания механической центробежной (А) и электронной (Б) систем.

Поначалу, в конце 60-х годов прошлого века, электроника появилась на мотоциклах именно из-за заботы о контактах: изобретатели додумались пропускать через них не вызывающий эрозию малый ток, используемый для срабатывания коммутатора. Следующим шагом стал отказ от механического прерывателя – его заменил индуктивный датчик. А завершила эту композицию гениальная догадка, что электронику можно применять и для изменения угла зажигания! 

Если механические центробежные системы могли работать лишь по принципу «вкл-выкл» – опережение зажигания изменялось при наборе оборотов и фиксировалось на определенном уровне, – то электроника позволяет выбрать значение для каждого скоростного режима. А в 90-е годы получили распространение трехмерные карты зажигания, учитывающие еще и нагрузку (определяемую поворотом ручки газа). 

Эксперименты с механическими системами впрыска на гоночных мотоциклах начались еще в 30-е годы. Но лишь электроника позволила внедрить впрыск в массовое производство. Первым мотоциклом, оборудованным электронной системой впрыска топлива, стал Kawasaki Z1000H 1980 года. Компоненты системы изготовила компания JPE (Japan Precision Electronics) по лицензии Bosch – фактически это была переделанная для использования на мотоцикле автомобильная Bosch Jetronic. Для своей работы она использовала данные о температуре окружающего воздуха и головки цилиндра, объеме поступающего воздуха, положении дроссельной заслонки, оборотах двигателя и разрежении во впускном патрубке. Поначалу это новшество встретили в штыки: пугала сложность системы, вероятные отказы (она, правда, оказалась довольно надежной) и невозможность обслуживания дома и починки на дороге. Но на стороне впрыска были ужесточающиеся экологические нормы: карбюратор не способен обеспечить требуемый для полного сгорания состав рабочей смеси на всех режимах. Поэтому уже в 80-е годы системы впрыска получили распространение на тяжелых мотоциклах, а сейчас их использование – неписанный закон. 

Kawasaki Z1000H – первый серийный мотоцикл с электронной системой впрыска топлива.

В двухтактных двигателях конструкторов всегда раздражала симметричность фаз газораспределения, не позволяющая играть с настройками. Частично эту проблему решил мощностной клапан, перекрывающий часть выпускного окна на малых оборотах – его стали применять на моторах спортивного назначения в конце 70-х годов. Некоторые ранние системы имели механический привод от центробежного регулятора, но их быстро вытеснили клапаны с электроприводом, управляемым электроникой. А потом конструкторам концерна Yamaha пришло в голову, что этот принцип должен срабатывать и для четырехтактных двигателей – и в 1989 году на ры нок вышел спортбайк Yamaha FZR1000 EXUP (EXhaust Ultimate Power valve – «предельный выпускной мощностной клапан»). EXUP представляет собой заслонку между выпускными трубами и глушителем, с помощью сервопривода по команде электроники перекрывающую часть выпускного тракта на малых и средних оборотах. Система обеспечивает реальный прирост момента на этих режимах, и со временем подобные устройства создали и конкуренты (Suzuki SET, Honda H-VIX). 

Мощностной клапан Yamaha YPVS: 1, 2, 3, — кривая мощности при различных степенях открытия клапана; красная 
кривая – результирующая характеристика.

Стремительно развивающаяся и при этом дешевеющая электроника соблазняла конструкторов применять ее не только для управления двигателем. В начале 80-х годов вошли в моду контрольные системы, с помощью датчиков проверяющие такие параметры, как уровень масла в силовом агрегате, топлива в бензобаке, тормозной и охлаждающей жидкостей и даже электролита в аккумуляторе. Тогда же на мотоциклах стали применять жидкокристаллические дисплеи, позволяющие разместить всю эту информацию. 


Система мониторинга мотоцикла Yamaha XJ750A: 1 – дальний свет; 2 – уровень топлива; 3 – задний фонарь; 4 – уровень электролита; 5 – уровень масла; 6 – положение боковой подставки; 7 – уровень тормозной жидкости.




Первыми системами, где электроника применялась для регулировки параметров шасси, стали в середине 80-х годов системы поддержания уровня на люкс-турерах. На таких мотоциклах применялись подвески с пневмоподкачкой; бортовой компьютер, получив данные от датчиков положения подвески, давал команду увеличить или уменьшить давление воздуха. Впрочем, у водителя оставалась возможность самостоятельно отрегулировать давление. 

Система выравнивания мотоцикла Yamaha XVZ1300 Venture Royale: 1 – передняя вилка; 
2 – задний моноамортизатор; 3 – компрессор; 4 – блок управления.

Эксперименты с антиблокировочными тормозными системами для мотоциклов начались еще в 50-е годы прошлого века, но лишь создание совершенной электроники позволило внедрить ABS на серийной мототехнике. Впервые ABS, созданная концерном Bosch, появилась на мотоциклах BMW K100LT и К1 в 1988 году. Она прибавляла к массе машины еще почти 15 кг и была настолько несовершенной, что едва ли не главным органом ее управления была кнопка отключения. ABS сегодня – это всего 700 г массы, она способна работать и в гоночном, и во внедорожном режимах. С 2016 года в Европе она станет обязательным оснащением всех двухколесных машин с моторами более 125 см³. 

Первая мотоциклетная ABS, установленная на мотоцикле BMW K1.

Мотоциклетной шине не положено буксовать не только при торможении, но и при разгоне. Так что следующим логичным шагом стало создание противобуксовочных систем (ПБС). Первым ее внедрил концерн Honda. Когда в 1991 году его инженеры установили ABS на спорт-турер ST1100 Pan-European, им в голову пришла светлая идея: раз мы все равно поставили на мотоцикл все эти датчики, то почему бы не использовать их и для считывания пробуксовки при разгоне? Получив эту информацию, блок управления уменьшал опережение зажигания: тяга падала, и, получив данные о том, что скорости колес сравнялись, ACU восстанавливал параметры. 

Компоненты мотоциклетной ABS Bosch: 1 – блок управления; 2 – датчики вращения колес; желтая линия – сигналы от датчиков; красная линия – тормозные магистрали переднего колеса; синяя линия – тормозные магистрали заднего колеса.

Как ни странно, но Honda долго оставалась единственной, кто применял новую технологию на серийных мотоциклах. Но в мотогонках она использовалась вовсю, ведь мощность гоночных моторов стала прямо-таки губительной для шин. Поэтому в 90-е годы ве- дущие команды в MotoGP стали активно применять противобуксовочные системы, воздействующие на зажигание и мощностные клапаны (моторы-то тогда были двухтактными!). Поскольку датчиков ABS на гоночных снарядах не было, то для распознания пробуксовки использовались косвенные параметры: например, резкий всплеск оборотов двигателя, не согласованный с увеличением скорости. 

Эволюция мотоциклетных ABS Bosch за 17 лет.

Такие же «косвенные» ПБС в середине нулевых стали применять и на серийных японских спортбайках (Kawasaki ZX-10R, Suzuki GSX-R1000). Но будущее все-таки оказалось за системой, предложенной конструкторами Honda: с датчиками на колесах. С 2006 года такую систему (под названием ASC – Automatic Stability Control) использует на своих мотоциклах BMW; помимо зажигания, она изменяет также состав смеси, благо что впрыск топлива позволяет еще и не такие вольности. А добавление гироскопа позволило не только учитывать наклон машины, но снабдить систему функцией антивили. 

Сегодня ПБС, как и ABS, – почти обязательное оснащение мощных мотоциклов. Как правило, она многорежимная: водитель может задавать степень вмешательства ПБС или отключать ее вовсе. 

Нашпиговав электроникой двигатель, инженеры принялись за трансмиссию. Как это человек сам по собственной воле будет передачи переключать? Самый яркий пример электронной автоматики – система Dual Clutch Transmission («Коробка передач с двумя сцеплениями») концерна Honda; с 2009 года японцы применяют ее на мотовездеходах, а с 2010 года – и на мотоциклах. Изюминка устройства – в наличии двух сцеплений (каждое отвечает за свой ряд передач – четный или нечетный, – так что переключение происходит без разрыва потока мощности) и актуаторов, по команде блока управления выключающих сцепления и переключающих передачи. 

Yamaha в системе YCC-S, примененной на спорт-турере FJR1300AS, ограничилась автоматизацией сцепления: водитель переключает передачи, нажимая на кнопки (или педаль), остальное делают актуаторы. Кроме того, блок управления при переключении подгазовывает или сбрасывает обороты двигателя. Он также выключит сцепление при остановке, а на стоянке, если вы не поставили мотоцикл на нейтраль, глуша двигатель, автоматически его включит – чтобы аппарат не укатился. 

На максискутере Suzuki Burgman 650 и мотоцикле Aprilia Mana применен другой вариант трансмиссии с электронным управлением: там блок управления заведует вариатором. 

Конструкторы концерна Honda для гоночного RC211V разработали электронный демпфер рулевого управления (HESD – Honda Electronic Steering Damper) – с 2004 года он ставится и на серийный спортбайк Honda CBR1000RR Fireblade. Учитывая скорость и ускорение мотоцикла, он дает «легкий руль» на малых скоростях и увеличивает сопротивление демпфера на высокой скорости и разгоне. 


Электронный демпфер рулевого управления Honda Electronic Steering Damper: 1 – лопасть; 2 – камера демпфера; 3 – клапан.












Регулировки подвесок проделали долгий путь от амортизаторов, в которых характеристики менялись лишь на снятом узле и специнструментом, к системам, в которых водитель изменял параметры на ходу, нажимая на кнопочки. А затем конструкторы задали себе резонный вопрос: а водитель-то зачем? Не поручить ли эту работу электронике? Так появились подвески полуактивного типа (полу- потому что непосредственно перемещением колеса они не управляют), в которых степень демпфирования задается блоком управления. Отслеживая многочисленные параметры (скорость, степень разгона и торможения и т.д. и т.п.), он отдает команды встроенным в элементы подвески электромагнитным пропорциональным клапанам на уменьшение или увеличение гидравлического сопротивления. Таким образом, параметры способны изменяться в течение 10 мс! В начале 2013 года мотоциклы с полуактивными подвесками вывели на рынок Aprilia, BMW, Ducati. 

Полуактивная подвеска BMW Dynamic Damping Control: 1 – панель приборов; 2 – передняя амортизационная стойка с пропорциональным клапаном; 3 – кольцо датчика ABS; 4 – блок управления подвеской; 5 – блок управления двигателем; 
6 – блок управления ABS; 7 – блок датчиков; 8 – задняя амортизационная стойка с пропорциональным клапаном; 
9 – датчик хода подвески.

Естественно, возникло желание объединить все системы под единым управлением. Фактически мотопроизводители так и делают, подружив между собой блоки управления двигателем, тормозами и подвесками. А в 2014 году компания Bosch предложила «все в одном флаконе» – систему курсовой устойчивости MSC (Motorcycle Stability Control), которая способна бороться и со скольжениями, и с козлениями, и с лоу- и хайсайдами. 

Система курсовой устойчивости Bosch Motorcycle Stability Control.

Что нас ждет дальше? Будущее, видимо, в развитии систем внешней коммуникации – с окружающими транспортными средствами, светофорами, столбами и, не к ночи будь помянуты, стражами дороги. Хорошо хоть, что пока никто не стремится превратить мотоцикл в автономную капсулу, в которой все ваше вмешательство в процесс управления сведется к выбору точки назначения – а вот автомобилям готовят именно такую участь. 

Чем большим числом автоматических систем обрастает мотоцикл, тем громче хор ревнителей «настоящего железа без мозгов». Но никуда не денешься: мощности растут, дороги сильно лучше не становятся, а вот машин на них все больше. Так что электронные помощники – во благо. Но для любителей незамутненного электронными примочками общения с мотоциклом всегда остается выход (кто сказал – Китай?). Это гонки ретро-аппаратов, безумно популярные в Западной Европе, США и Австралии. Стосильный снаряд на узеньких 4-дюймовых шинах и безо всяких электронных ошейников – та еще забава.

                        Часть первая: механическая >>


Материалы по теме:

Оставить комментарий

Для добавления комментария требуется зарегистрироваться или авторизоваться на сайте .


↑ Наверх