Ни для кого не секрет, что в настоящее время одним из самых скоростных видов спорта является Формула-1. Современные болиды Ф1 способны развивать до 350 км/ч на прямых участках трассы, проходить повороты на скорости в 200 км/ч для них является нормой. Столь большая скорость и управляемость достигаются благодаря использованию самых передовых технологии в производстве и обслуживании болидов. Не последнюю роль в достижении этих показателей играет электроника, которая устанавливается в каждый современный гоночный автомобиль.
Развитие электронных систем
В далекие 50е годы XX века, когда королевские гонки только зарождались, электроники в болидах практически не было. Появление электроники в машинах было необходимым. Первоначально единственным электронным компонентом в болиде Ф1 было магнето, которое обеспечивало надежную работу при частоте вращения вала до 100 Гц. Но двигатели все росли, и магнето уже не могли обеспечить надежную работу 6- 8-цилиндровых двигателей. Для обеспечения нормальной работы двигателей в 1952м году был совершен переход к двойной системе зажигания, которая могла работать на частоте до 600 Гц, затем на транзисторную, позволявшему двигателю стабильно работать на частоте до 1000 Гц.
Далее, в 60-е годы, постепенно системы механического впрыска топлива уступили место своим электронным аналогам производства «Bosch» и «Kugelfischer». Система зажигания большинства машин базировалась на бесконтактном транзисторном зажигании «Lucas Opus». Существенными ее недостатками была масса и энергопотребление. В 1975м году появился комплекс «Magneti Marelli Dinoplex». Это была первая система, базировавшаяся на электронных компонентах. Это позволило снизить массу комплекса до 2,8 кг, а позже, новый комплекс «Magneti Marelli Raisplex», появившийся в 1978м году, весил менее 2х кг.
Со временем широкое применение электронных компонентов позволило существенно снизить массу болида. А масса имеет существенное значение. По словам одного из руководителей команды «Рено» Жана Саже: «Если из двух аэродинамически равных автомобилей один будет иметь на 50 кг меньшую массу, то в повороте он будет иметь скорость в среднем на 6 км/ч большую». По этой причине, все новые технологии направлены на снижение массы, начиная от узлов двигателя, и заканчивая краской, которой покрывается машина. В Формуле-1 есть ограничение по массе. Машины не должны весить меньше 600 кг, но если добиться меньшей массы, то можно разместить балласт там, где это даст преимущество в управляемости.
В начале 90х годов широкое распространение получили электронные системы управления двигателем, базировавшиеся на 16-битных микропроцессорах. Это позволяло контролировать множеством параметров. Например, Bosch MP-1,8 был оснащен следующими датчиками:
Такая структура позволяет обеспечивать программное регулирование угла опережения зажигания в зависимости от оборотов двигателя, положения дроссельной заслонки и давления во впускном трубопроводе, оптимальную дозировку и фазирование впрыскиваемого топлива с учетом температур и давлений в системах смазки, охлаждения и питания. Все применяемые в Фомуле-1 системы отличаются высокой надежностью: к примеру, система «Lucas-468» обеспечивала работу двигателя даже при отказе 95% всех датчиков.
В настоящее время используется новое поколение электронных «мозгов», которые позволяют одновременно контролировать около ста параметров. Основными поставщиками электронных систем в Ф1 являются 3 компании — Magneti Marelli, TAG и Pi Research. Они поставляют полный комплект датчиков и программного обеспечения для всех команд.
Собранные с датчиков данные передаются инженерам команды, когда машина проезжает рядом с боксами. Все данные (около 20 мегабайт данных за круг) передаются одновременно разовым микроволновым импульсом. Передача всех данных занимает 0,4-0,5 секунды. На мониторе инженеров отображается 16 приоритетных параметров, таких как скорость, число оборотов двигателя, давление масла и воды, температура, параметры системы зажигания и т.п.
Так как двухсторонняя телеметрия в Формуле-1 запрещена, инженеры команды могут наблюдать за поведением машины, но не могут удаленно изменять параметры его работы. Единственная возможность перенастроить болид – дать указания пилоту. Разумеется, пилот может эти указания проигнорировать. В настоящее время пилот может изменять практически любые управляемые параметры своего болида, и для его удобства практически все элементы управления выведены на рулевое колесо.
Рулевое колесо.
Еще в начале 90-х годов на руле было всего 3 кнопки – радиосвязь, нейтральная передача и подача питьевой жидкости пилоту. Все изменилось, когда инженеры команды МакЛарен установили систему подрулевых лепестков, позволявших пилоту переключать передачи не отрывая рук от руля. Усовершенствование этой системы привело к появлению в Ф1 полуавтоматических коробок передач, что позволило убрать педаль сцепления и повысить скорость и плавность переключения передач.
Со временем на рулевое колесо начали выносить переключатели режимов работы двигателя, подвески, вспомогательных систем и т.п. также на руль был вынесен дополнительный рычаг сцепления, которым пилот мог воспользоваться во время остановок, чтобы не дать двигателю заглохнуть.
В настоящее время рулевое представляет собой сложное электронное устройство, которое имеет множество кнопок и переключателей, позволяющих изменять практически все настройки машины. В качестве примера приведу руль BMW Sauber.
1. Ограничение скорости на питлейне
2. Увеличение дифференциала
3. Повышение оборотов двигателя
4. Передача вверх
5. Увеличение трекшн контроля
6. Переключатель режима нагрузки двигателя
7. Рычаг сцепления
8. Трекшн контроль
9. Обмен данными с командой во время нахождения на питлейне.
10. Блокировка трекшн контроля
11. Многофункциональный переключатель
12. Изменение топпливной смеси
13. Диагностика
14. Информация команде перед питстопом о необходимой настройке аэродинамических элементов
15. Сцепление
16. Переключатель режимов дифференциала
17. Радиообмен
18. Уменьшение трекшн контроля
19. Передача вниз
20. Уменьшение оборотов двигателя
21. Уменьшение дифференциала
22. Нейтральная передача
23. Выбор режимов меню дисплея.
На дисплей выводится вся необходимая информация, причем данные на дисплее меняются автоматически. Например, при прохождении поворотов выводится скорость прохождения поворота, боковые нагрузки и т.п.
Со временем рулевое колесо болида Ф1 превратился в технологический шедевр, цена которого может достигать $80000. Для его производства широко применяются углепластик, титан, алюминий, благодаря чему удалось снизить его массу до полутора кг. Каждое рулевое колесо изготавливается с учетом индивидуальных анатомических особенностей пилота, и таким образом, даже баранки пилотов одной команды могут существенно отличаться друг от друга. Ресурс электронных компонентов на рулевом колесе – 1000-4000 км, после чего его необходимо менять.
«Черный ящик»
Кроме всего, в каждом болиде устанавливаются «черные ящики». Применяемая с 1997 года система ADR (Accident Data Recorder) от Delco Electronics обеспечивают циклическую запись информации с частотой 30 Гц, а также способна к автоматическому переходу на аварийный режим, что дает возможность в течение 20 секунд (15 секунд до аварии и 5 секунд после) производить регистрацию данных с частотой 1000 Гц. Системы ADR Delphi способна выдерживать кратковременные нагрузки при ударе до 250 g!!! Интересно, что все эти характеристики достигаются при сравнительно небольших габаритах 170x170x56 мм, при весе блока всего 1,6 кг.
Заключение
В последнем десятилетии развитие электронных систем в Формуле-1 достигло такого уровня, что начались споры относительно того, кто выиграл гонку – человек или машина. В связи с этим FIA приняла решение стандартизировать блок управления двигателем. В 2008-м году появились общие для всех унифицированные блоки управления ECU, разработанной компанией MES Microsoft – совместным предприятием McLaren Electronic Systems и Microsoft. Но у команд остается возможность использовать свое программное обеспечение для управления двигателем, что, по заявлениям некоторых инженеров Ф1, позволяет получить до 0,5 с преимущества на круге.
Несмотря на все запреты и ограничения, принятых в Формуле-1, он все равно остается самым высокотехнологичным видом спорта. Всегда остается место для все новых технологии, новых экспериментов, которые позволяют добиться все новых высот в развитии технологии.
Автор: insomnium1
