Technikai ismertet?: Komoly problémák a 2013-as ECU-val

Technikai ismertet?: Komoly problémák a 2013-as ECU-val by Papp István - szombat, március 16, 2013 http://www.formula1tech.hu/technikai-ismerteto-komoly-problemak-a-2013-as-ecu-val/ A Formula-1-es autó semmit sem érne az egyes szerkezeti elemek m?ködtetéséért felel?s ECU nélkül. (Fotó: Lotus F1 Team) A 2013-as év szezonnyitó futamának otthont adó Ausztrál Nagydíj hétvégéjén nemcsak a mostoha id?járási körülmények amely miatt az id?mér? második- és harmadik etapját vasárnapra, a futamot megel?z? órákra tette át az FIA sújtja a teljes mez?nyt. Technikai sportról lévén szó, ezúttal a versenyautókban kötelez? jelleggel használandó Elektronikai Vezérl? Egység, az ECU meghibásodása okoz minden csapat, illetve pilóta számára komoly fejtörést. A rendszer meghibásodása azonban nem els? ízben fordul el? az idei évben, hiszen a szezon el?tti tesztek során is vissza kellett állniuk a csapatoknak a 2012-es idényben alkalmazott szoftverre, miután az idei évre összeállított, illetve továbbfejlesztett vezérl? program m?ködése megbízhatatlannak bizonyult. Az Ausztrál Nagydíj hétvégéjén az ECU ismételt meghibásodása miatt az autókkal száguldozó pilóták számára a versenyirányítástól származó igen fontos információk közlése kissé más módon, a csapatrádiók és a pályabírók zászlójelzései alapján fog megtörténni. A vezérl? egység a felel?s ugyanis többek között a pályán kialakult helyzethez igazodó zászlójelzéseknek megfelel? szín? kontrol lámpák m?ködtetéséért is, amelynek segítségével a pilóták az autókban ülve azonnal láthatják milyen zászlót lengetnek a pályán. De nemcsak a zászlójelzésekkel kapcsolatos információkat, hanem a DRS használatát is érinti az ECU-val kapcsolatos probléma. Éppen ezért a versenyirányítás a hátsó légterel? szárny fels? profiljának állásszögét változtatni képes rendszert sem tudja adott esetben deaktiválni, amelyre leginkább akkor szokott sor kerülni, ha a DRS használatára dedikált el?zési zónában sárga zászlójelzés van érvényben, vagy adott esetben a biztonsági autót valamilyen esemény miatt a pályára rendelte Charlie Whiting csapata. 1 / 11

Az ECU meghibásodása miatt tehát a boxutcai irányítópultoknál helyet foglaló csapattagokra és természetesen a pilótákra is nagyobb felel?sség hárul, hogy mind a zászlójelzések, mind pedig a DRS használatát illet?en az adott szituációhoz mérten megfelel?en járjanak el. Jogosan merülhet fel a kérdés, hogy vajon milyen szoftveres- és hardveres fejlesztésre van szükség, amely végül ilyen nehézségeket görget az F1 elé? Mint ismeretes, a 2014-es évt?l kezd?d?en alkalmazásba kerül? új motorformulának köszönhet?en a jelenlegi 2.4 literes V8-as motorok helyett 1.6 literes, turbófeltölt?vel ellátott V6-os er?forrásokat kell majd alkalmazni. Az új motorok a jelenlegit?l eltér? motorvezérlést igényelnek majd, amelyre az FIA és a rendszer gyártója már az idén szeretne valamelyest felkészülni. Ennek megfelel?en a Formula-1-es versenyautók Elektronikai Vezérl? Egységét a 2013-as évre a gyártó továbbfejlesztette, ami a V8-as motorok használatának utolsó évében szolgálja majd a csapatokat. A módosított, TAG-320-as névre hallgató elektronika az el?djéhez hasonló fizikai méretekkel rendelkezik, de annál nagyobb teljesítményre képes, és egyben több interfésszel is rendelkezik. De mi is az a rendszer valójában, ami ilyen komoly gondot tud okozni egy teljes Formula-1-es mez?nynek, valamint a futamot felügyel? versenyirányításnak, és mi is a feladata az F1-es autókban lév? Elektronikai Vezérl? Egységnek, az ECU-nak? A 2008-as Formula-1-es világbajnoki szezon a kategóriát érint? technikai részleteket illet?en több technikai fejlesztés el?hírnöke lett. A kutatások és fejlesztések tárháza nemcsak a már korábban alkalmazott egyes megoldások megkett?zésében, illetve meger?sítésében merült ki, hiszen az érintett évben bevezetett új technikai szabályok értelmében a mez?ny összes csapatának ugyanazt az Elektronikai Vezérl? Egységet (ECU Electronic Control Unit) kell használni, amelyet az FIA kezdeményezésére a McLaren Electronic Systems (MES) és a Microsoft közös összefogása útján fejlesztettek ki. Annak ellenére, hogy az ECU egy meglehet?sen szofisztikált eszköze a Formula-1-nek, dönt? szerepet játszik a versenyautók, és ezzel párhuzamosan a hétköznapi életben használt személyautók jöv?jét illet?en is. Ha a motort az autó szívének is szokták tulajdonítani, az ECU tulajdonképpen egy kis képzettársítás útján a Formula-1-es versenyautó központi idegrendszerének, vagy annak agyának is nevezhet?, amely felel?s többek között az er?átviteli rendszer megfelel? m?ködéséért, valamint az autó különböz? pontjain, különböz? feladatok ellátására szakosított érzékel?k és szenzorok által begy?jtött állapotjelek hozzáadásával nyert nagyjából 6000 féle különböz? paraméter kezeléséért. Mindezek mellett, hogy az elektronikai rendszer és az azt m?ködtet? szoftver a lehet? leggyorsabb m?ködést kell, hogy produkálja, a legnagyobb kihívás ezen eszközökkel szemben nem más, mint a megbízhatóság. A vezérl? egység kivitelét tekintve nem beszélhetünk teljes újításról, hiszen az ECU bevezetésének évét megel?z?en ehhez 2 / 11

hasonlót már alkalmaztak a Formula-1-es csapatok. Az új rendszer szerint összeállított egységnek azonban egy jóval komplexebb és egységesebb feladatokat ellátó szoftverkörnyezethez kell kapcsolódnia, és a speciális kivitel miatt olyan tényez?kre is oda kellett figyelnie a mérnököknek, mint például a vezérl? modulban lév? processzorok h?tésére. Az el?d már bizonyított Az új ECU kifejlesztése során az MES szakemberei minden bizonnyal arra törekedtek tehát, hogy egy olyan rendszerrel lássák el a Formula-1-es csapatokat, amely teljes egészében jó megbízhatóságra képes. Éppen ezért a rendszer hardveres oldalát tekintve átüt? fejlesztéseket nem végeztek, sokkal inkább olyan eszközöket implementáltak az F1-es autók vezérlésébe, amelyek már a versenypályákon bizonyítottak. Annak ellenére viszont, hogy a hardverelemek nem változtak jelent?s mértékben, a rendszer fejleszt?i számára az igazán nagy kihívást a megfelel? szoftveres környezet elkészítése jelentette. Olyan utasításkészlettel kellett ugyanis összeállítani mindezt, amelynek segítségével tökéletesen képes a rendszer kezelni a csapatok által használt különböz? szerkezeti egységeket, mint például a különböz? motorokat és sebességváltókat. Ehhez pedig a mérnököknek szinte teljes egészében az alapoktól kezdve kellett felépíteni a teljes szoftveres környezetet, és a csapatokkal szoros együttm?ködésben kellett feltérképezni jó néhány területet. Ezek között említhet? például az, hogy miként viselkedik a motor, mialatt a pilóta m?ködteti a sebességváltó szerkezetet, vagy melyik az a pont a m?ködési karakterisztika során, amikor a váltóm? elengedi az adott fogaskereket, és ezzel együtt pedig összekapcsolódik a következ? áttételi arányt biztosító fogaskerékkel. Legf?bb erény, a konfigurálhatóság Egy vezérl? rendszer tökéletességének elengedhetetlen jellemz?je, illetve az ilyen rendszerrel szemben támasztott követelmények egyike a magas fokú konfigurálhatóság, amire szintén fel kellett készíteni az ECU-t. A csapatok számára lehet?vé kellett tenni, hogy a vezérl? szoftvert az adott versenyautót figyelembe véve kell? szabadságfokkal lehessen beállítani, vagyis a csapatok mérnökei el tudják végezni az egyes paraméterek minél precízebb módon történ? finomhangolásait is. Az id? el?rehaladtával pedig az istállók teljes mértékben elsajátították ennek a rendszernek a használatát, és oly profi szinten belejöttek az egyes konfigurálási procedúrákba, hogy képesek lettek a motorvezérléseket is specifikálni külön az id?mér?kre és külön a versenyekre. Mára azonban már köztudottá vált, hogy az FIA miképpen szankcionálta a motorvezérlési módok ezirányú manipulációját, illetve a rendszerben rejl? lehet?ségeket. 3 / 11

Milyen mérföldköveken ment keresztül az a projekt, melynek keretein belül végül megszületett a mai Formula-1-es versenyautókban is használt Elektronikai Vezérl? Egység? A rendszer fejlesztését 2006.07.05-én nyerte el a McLaren Electronic Systems, és gyakorlatilag az ezirányú munkák már azt követ?en meg is kezd?dtek. A csapatok két hónap elteltével már megkapták a készül?ben lév? ECU specifikációját, és folyamatos egyeztetések közepette 2006 novemberében megkezd?dtek a gyártások. A továbbfejlesztett ECU els? példányait 2007 márciusában kapták meg a csapatok, és a 2007.11.13 11.15 között megrendezett barcelonai tesztsorozaton már mindenki próbára tehette az új vezérl? rendszert. Az ECU bemutatkozását teljes siker övezte, hiszen az els? téli tesztelés során összesen 16.000km-t teljesített mindennem? technikai probléma nélkül, ami pedig nem kevesebb, mint 50 versenytávnak fel meg. Ez is azt bizonyította tehát, hogy az ECU továbbfejlesztésén fáradozott szakembergárda óriási lépést tett a 2000-ben alkalmazott STAR rendszert?l egészen a STAR 2 rendszerig, ami végül az ECU-ban öltött testet. A gy?ztes kombináció Az el?z?leg említett el?d a mai ECU-val szemben mindössze csak 256MB-os memóriával rendelkezett, és maximálisan 192 adatgy?jt? csatornát tartalmazott, míg ezen paraméterek a STAR 2 esetében már 1GBos memóriaméretre és 512 adatgy?jt? csatornára duzzadt. Ezek a paraméterek kissé megmosolyogtatóak, ha a mai modern ECU-t állítjuk párhuzamba mindezzel. A Formula-1-es versenyautókban alkalmazott vezérl? rendszer ugyanis maximálisan 200.000.000, azaz kétszázmillió utasítást képes végrehajtani másodpercenként. Érdekességképpen megemlíteném, hogy például a Mercedes-Benz SLR sportautó esetében alkalmazott ECU-nál 50.000.000 utasítás/másodperc-r?l lehet beszélni, amelybe természetesen a motorvezérléshez szükséges funkciók mellett igen jelent?s szerepet betölt? diagnosztikai funkciók is beletartoznak, csakúgy, mint ahogyan az a Formula-1-es versenyautókban használatos rendszereknél is elmondható. Az ECU kifejlesztése során ahogyan az a bejegyzés els? részében is említésre került az MES a Microsofttal karöltve, a szoftveróriás által biztosított operációs rendszert alkalmazta, a hozzá tartozó Core technológiával. A projekt során kulcsfontosságú szerepet játszottak a versenypályákon és a szélcsatornákban szerzett adatok összegy?jtése, rendszerezése és kiértékelése, amelyhez a legújabb Microsoft SQL adatbázis-kezel? rendszer került felhasználásra. A rendszer m?ködtetésére a csapatoknak nincs szüksége túlzottan nagy teljesítmény? szuperszámítógépekre, ami pedig a költséghatékonyság tekintetében nem elhanyagolandó, és nem utolsó sorban tökéletesen megfelel a Formula-1-es 4 / 11

versenyautóból egy kör teljesítése közben hozzávet?legesen 20MB-nyi valósidej? adat gy?jtésére. Míg a Formula-1-es versenyautók motorja az autó szívét, az ECU pedig annak agyát képezi, amely a hozzá kapcsolódó, különböz? szenzorok és érzékel?k segítségével meghatározza többek között az adott m?ködési körülményekhez szükséges üzemanyag-keveréket, amely akár a gyújtás id?zítését sem hagyja érintetlenül, de mindezek mellett hatással van továbbá a sebességváltó m?ködtetésének id?zítésére is. Ahogyan a központi vezérl? elektronika használata mára a modern autógyártás tekintetében is szinte hétköznapivá vált, nincs ez másként az autósportban sem. Ezen rendszer segítségével lehet ugyanis megfelel? szinten kontrollálni a motor megannyi paraméterét is, amelyeket az ECU tökéletes módon felügyel és szabályoz is egyben. Mindez pedig a teljesítmény és a fogyasztás tekintetében nagyon fontos, de nem utolsó sorban a legutóbbi években a Formula-1-ben is egyre inkább el?térbe kerül? környezetvédelmi törekvések tekintetében is. Ha a motort az autó szívének is szokták tulajdonítani, az ECU tulajdonképpen egy kis képzettársítás útján a Formula-1-es versenyautó központi idegrendszerének is nevezhet?. Felel?s többek között az er?átviteli rendszer megfelel? m?ködéséért, valamint az autó különböz? pontjain, különböz? feladatok ellátására szakosított érzékel?k által begy?jtött állapotjelek hozzáadásával nyert nagyjából 6000 féle különböz? paraméter kezeléséért. (Fotó: McLaren Electronic Systems) 5 / 11

Vissza az alapokhoz Egy kis kitér? Ahogyan az korábban is említésre került, az ECU fogalma nem ismeretlen a személyautók gyártását illet?en sem. De hogy mi is eredményezte ennek az eszköznek, illetve rendszernek az elterjedését? Nos, azt hiszem egyet lehet abban érteni, hogy az elektronikai ipar fejl?dése megállíthatatlan, így sok-sok évvel ezel?tt lehet?ség nyílt olyan elektronikai elemek és rendszerek megalkotására, amelyek segítségével a motor üzemállapotait, annak befecskendezési folyamatát számítógép segítségével lehetett felügyelni, és az éppen aktuális igénybevételnek, illetve terhelési állapotnak megfelel?en a szükséges keverék el?állítása így megoldottá vált. Az ECU-nak leginkább tehát a motor m?ködéséhez feltétlenül szükséges üzemanyag-leveg? keverék beállítása és szabályzása a f? feladat, amely els? olvasatra talán bagatellnek t?nhet. Mondom ezt azért, mert ezt a feladatot egy egyszer? mechanikai szerkezet, a karburátor már régóta képes volt ellátni. Ez így is van, de mint a legtöbb technikai megoldásnak, úgy ennek is megvan a maga hátránya. Mindamellett, hogy a szerkezeti egyszer?ségéb?l kifolyólag viszonylag olcsó alkatrészr?l van szó, az igénybevételekt?l függetlenül a fordulat alapján megegyez? keveréket állított el?, ami a legtöbb esetben indokolatlanul magas üzemanyagfogyasztást, és ezzel együtt nagy környezeti terhelést is okozott, szemben az elektronikus úton vezérelt változatokkal. Az ECU feladata A Formula-1-es versenyautókban alkalmazott ECU-nak rendkívül összetett feladatot kell ellátnia. Mindamellett, hogy a motor igénybevételének, illetve terheltségének függvényében biztosítania kell az elvárt teljesítményhez szükséges legoptimálisabb üzemanyag-leveg? elegyet, szabályoznia kell a gyújtást is. Az egyes feladatok elvégzéséhez a rendszer számos kiegészít? perifériaelemet, szenzorokat is tartalmaz, amelyek üzemmódjelzései alapján végzi el az elektronika és az azt m?ködtet? szoftver a szükséges beavatkozásokat. Éppen ezért az ECU-nak olyan üzemállapotokkal is teljes egészében tisztában kell lennie, mint az, hogy éppen mennyi a motor fordulatszáma, mekkora h?mérsékleten üzemel az autó er?forrása, 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 számos érzékel? jeleit is fel kell dolgoznia. Ezen érzékel?k között van többek között a hajtótengely vezeték nélküli pozícióérzékel?je (nyomatékszenzor), vagy a kipufogógáz h?mérsékletének érzékel?je, de 6 / 11

említhetnénk a forgásérzékel?ket, vagy a fékek terheltségét kiválóan jelz? h?mérsékletmér? szenzorokat is, amelyek egyaránt fontos szerepet játszanak az ECU pontos m?ködési folyamataiban. A teljesség igénye nélkül megemlíthet? továbbá a gázszabályzó szelep pozíciójának érzékel?je, a motor leveg?ellátottságát ellen?rz? légmennyiség mér?, az oxigén-, vagy más néven lambda érzékel?, és nem utolsó sorban a gyújtás és a befecskendezés kontrollálásához elengedhetetlen f?tengely jeladó. A diagnosztizálás és a kiértékelés fontossága Az Elektronikai Vezérl? Egységnek viszont nemcsak a versenyautó megfelel? teljesítmény-leadásához, az optimális üzemanyag-felhasználáshoz és a zöld Formula-1-et megcélzó irányelvek teljesítése érdekében a károsanyag-kibocsátás optimalizálásához kell megfelel? módon hozzájárulnia. Az eddigiekben ismertetett feladatok mellett ugyanis éppen olyan fontos a t?le elvárt diagnosztikai szempontoknak való megfelelés is, amely az összes, az ECU-val összeköttetésben lév? szenzor és perifériaelemek által adott értékek felhasználásával történik. A perifériaelemek által adott állapotjelek alapján a rendszer pontosan tudja, hogy az autó fékrendszere, motorja, vagy a sebességváltója eltér-e az optimális üzemi viszonyoktól, és az alkalmazott szoftver segítségével priorizálhatóak is ezek. Ennek megfelel?en tehát az összes állapotjel eltárolódik a rendszer memóriájában, és mindezek mellett a versenypályákon a csapatok boxában szolgálatot teljesít? mérnökök dedikált módon folyamatosan figyelik a pályán köröz? autóból online módon beérkez? információkat. A memóriában elraktározott állapotjeleket pedig a csapat bármikor ki tudja olvasni, és további elemzéseket követ?en el tudják végezni a szükséges beavatkozásokat, vagy adott esetben szerkezeti változtatásokat. Felkészülni mindenre Az elektronikai vezérl? rendszerek és az azt m?ködtet? szoftverek megalkotásának az egyik legnehezebb momentuma nem más, mint hogy el?zetesen feltérképezni, és felkészíteni mindazt a várható technikai meghibásodásokra, hibajelekre, és azok megfelel? lekezelésére. Természetesen ez a kritérium a Formula-1-es versenyautókban használatos ECU esetében sincs másként. Abban az esetben, ha a vezérl? elektronika valamiféle hibás üzemállapotot észlel, azonnal eltárolja azt a rendszer memóriájában. Ez két szempont miatt is fontos. Egyrészt azért, mert vannak olyan hibaállapotok, amelynek jelenléte esetén a rendszer képes oly módon beavatkozni, hogy fenntartsa a normál üzemi körülményekhez közeli jellemz?ket, másfel?l pedig az autó meghibásodását követ?en még annak ellenére is, ha az nem tudja adott esetben tovább folytatni a versenyt a mérnökök kiolvassák azt további diagnosztikai feladatok 7 / 11

elvégzése céljából. Az ECU-t azonban nemcsak az esetleges hibaállapotokra és azok megfelel? módon történ? lekezelésére kell felkészíteni, hanem az egyes üzemmódokra is, amelyek a versenyautóban alkalmazott szenzorok és a különböz? típusú és más-más feladatra készített érzékel?k által adott állapotjelek szerint kerülnek kiválasztásra. Ezek az üzemmódok jó néhány m?szaki szempontban eltérnek egymástól, mint például az üzemanyag-leveg? keverékének beállításától, a gyújtás id?zítését?l, vagy éppen a felhasználandó érzékel?k típusától. Az ECU voltaképpen az üzemi körülményekben bekövetkezett változásoknak megfelel?en választja ki a megfelel?, el?re leprogramozott üzemmódot, annak reményében, hogy az mindvégig megfelel? teljesítményt lesz képes biztosítani. Mit is kell ez alatt érteni? A vezérl? egység teljesen más üzemmódot használ abban az esetben például, ha a versenyautó padlógázzal halad a pályán, vagy akkor, amikor a pilóta egy sz?k kanyar el?tt drasztikusan fékez, majd a kigyorsítási szakaszon pedig újra rálép a gázpedálra. Természetesen többféle üzemmódot lehet megkülönböztetni, amelyek közül a teljesség igénye nélkül, csak néhány kerül megemlítésre. A versenyautó beindítása során alkalmazott üzemmód például arról gondoskodik, hogy a rendszerben felépüljön a szükséges nyomás, és amíg a küls? akkumulátorról m?ködtetett hordozható indítókészülék forgatja a motort, a szikraképz?dés, és a keverék begyújtása el?tt nagyon rövid ideig ugyan, de el?ször gondoskodik arról, hogy az olaj eljusson a szükséges pontokra. Egy másik üzemmódról akkor beszélhetünk, ha a versenyautó motorja már javában elérte az üzemi h?mérsékletet, de mondjuk egy baleset miatt a pilótának meg kell állnia itt a boxkiállás alatti id?tartamot is lehetne példának említeni. Az üzemanyag-leveg? keverékének a képzése tehát már beindult, illetve az egy zárt körben már javában zajlik, és mindezt a folyamatot a lambda érzékel? szabályozza. Az elektronika ebben az esetben gondoskodik arról, hogy a motor alapjárata optimális szenten legyen, mialatt a megfelel? égéshez szükséges leveg?t is biztosítani kell. Az ECU szempontjából az ideális üzemállapotról akkor beszélhetünk, amikor a versenyautó er?forrása már elérte az üzemi h?mérsékletet, és a pilóta rendre rója a köröket. Az ideális üzemállapot kifejezés az igazat megvallva azonban nem teljesen helytálló, hiszen a pályán annak karakterisztikájától függ?en soksok fékezésre és gyorsításra van szükség. Abban az esetben, ha a pilóta éppen egy hosszú egyenesben maximális gázpedálállással halad, az elektronikának kvázi fel kell készülnie arra az üzemállapotra, amikor a versenyz? a fékpedálra fog lépni, melynek hatására csökken a beáramló leveg? mennyisége. Itt is fontos szerep jut a lambda érzékel?nek, hogy a csökkent leveg?mennyiséghez igazodva igen rövid id? 8 / 11

alatt beállítsa a motor üzemeléséhez szükséges keveréket, és mindezt úgy, hogy közben megfelel? szinten maradjon a leadott teljesítmény. További üzemmódként a padlógázas száguldást lehetne megemlíteni. Ebben az esetben a TPS, vagyis a gázszabályzó szelep pozícióérzékel? maximális végértékkel jelet ad az ECU-nak, amely egyúttal azt jelenti az elektronika számára, hogy a motornak most a maximális teljesítményt kell leadnia. Ekkor teljesen más lesz az üzemanyag-keverék és a gyújtás értéke is, és feltételezhet?en az injektorok teljesítményének kontrollálása is az egyik eszköze lehet a vezérl? elektronikának ahhoz, hogy szabályozza az adott fordulatot. Végül, de nem utolsó sorban a felsorolás végére maradt az az üzemmód, amelyet a versenyautó fékezése során választ az ECU. Ahogyan arra már az el?z?ekben is történt utalás, a csökken? sebesség esetén az egyik legnagyobb kihívást a motor csökken? leveg?ellátottsága jelenti. Ehhez szintén a TPS szenzor jeleib?l szerez információt a központi vezérl? egység, amely kiegészül a sebesség jeladó m?ködéséb?l ered? állapotjelekkel is. Természetesen ennek a folyamatnak a kontrollálása sem olyan egyszer?, hiszen a motor fordulatszámának és a h?mérsékleti értékek figyelése mellett megfelel? módon kontrollálni kell az injektorokat és a leveg?ellátást is, hogy amikor az autó lassítása után a pilóta újra rálép a gázpedálra, a motor miel?bb biztosítani tudja a szükséges lóer?ket. 9 / 11

Rating: 5.0/5 (1 vote cast) Rating: 0 (from 0 votes) 10 / 11

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) Technikai ismertet?: Komoly problémák a 2013-as ECU-val - 03-16-2013 PDF generated by Kalin's PDF Creation Station 11 / 11