Секреты электронных тормозов
В этом сезоне Ф1 управляться с задними тормозами пилотам помогает умная электроника, появление которой обусловлено особенностями систем рекуперации энергии. Гэри Андерсон объясняет, что к чему
Машины Формулы 1 снабжены двумя педалями, одна из которых, акселератор, имеет ход в 50 мм, тогда как вторая – тормоз – всего около 10 мм.
В былые времена классический дроссельный кабель соединял педаль акселератора напрямую с двигателем, однако затем эту концепцию вытеснила электродистанционная система управления. В этом году в рамках новых правил, внедряющих 1,6-литровые "зелёные" шестицилиндровые турбомоторы, подобный подход применили и к задним тормозам
Чтобы лучше понять особенности данной технологии, давайте сперва разберёмся в уже хорошо зарекомендовавшей себя "электронной педали газа".
КАК ЭТО РАБОТАЕТ: "электронная педаль акселератора"
В современной Формуле 1 педаль газа является ничем иным, как средством контроля крутящего момента, передаваемого на задние колеса. В рамках регламента 2014 года момент совместно формируется новым 1,6-литровым турбодвигателем и системами рекуперации энергии, что значительно усложняет всю систему по сравнению с техникой предыдущего поколения.
Непосредственно регулирующая крутящий момент педаль по своей сути есть позиционно-чувствительный потенциометр. Он может использовать как линейный, так и ротационный [угловой] механизм, посылая электронному блоку управления сигнал о своем точном положении.
Далее сигнал подлежит обработке с учетом используемой картографии. К примеру, в режиме экономии топлива соответствующая карта работы двигателя ("вшитая" в электроный блок управления) распорядится использовать в первую очередь электрический крутящий момент через запасник энергии. И только когда его уровень достигнет своего максимума, в дело вступит мотор внутреннего сгорания.
Только в этот момент на клапан гидравлической системы будет направлен сигнал, клапан откроется, позволяя рабочей жидкости под высоким давлением воздействовать на привод, соединенным с системой дроссельной заслонки двигателя. Привод, в свою очередь, разблокирует заслонку, позиция которой при этом контролируется еще одним потенциометром.
После того, как двигатель вновь "в игре", на электронный блок уходит обратный сигнал, заслонка переводится в положение, отвечающее степени нажатия педали и удерживается в этом состоянии. Система функционирует предельно быстро: в среднем время отклика между действием пилота и её полной реакцией составляет порядка 0,001 секунды.
По соображениям безопасности в крайних позициях педали установлены датчики положения, следящие за тем, чтобы потенциометр работал должным образом. Каждый раз, как педаль достигает одной из крайних точек, система проверяет сама себя на предмет синхронности действий.
КАК ЭТО РАБОТАЕТ: "электронные тормоза"
В отличие от дросселя, электродистанционная система управления тормозом реагирует не на положение педали, а на силу давления на неё.
Стандартная тормозная система машин Формулы 1 состоит из четырех суппортов, по одному для каждого колеса, а также двух главных цилиндров, каждый из которых подключён к своей паре суппортов одной оси при помощи системы трубок. Чем меньше их сечение, тем меньше поток тормозной жидкости, а потому чётче работа всей системы. При этом требуемое усилие на педали может достигать отметки в 180 кг.
Педаль соединена с главными цилиндрами при помощи регулятора тормозных усилий. Это стержень, концы которого соединены со штоками мастер-цилиндров. При нажатии педали давление оказывается прямо в середину стержня. Пилот имеет возможность менять баланс тормозов, перемещая точку приложения усилия от педали на балансир. Если она смещается ближе к переднему главному цилиндру, большее усилие при торможении оказывается на передние суппорты – и наоборот. Регулировка осуществляется пилотом из кокпита при помощи рычага, который подключён к балансиру кабелем.
Новые правила предусматривают использование электродистанционной системы управления тормозами из-за увеличения в два раза объёмов собираемой энергии (она аккумулируется в батарее на замедлениях и в дальнейшем используется вторично, а в ином случае попросту высвобождалась бы в виде тепла). Из-за этого на колёса задней оси действует гораздо больший тормозящий крутящий момент, нежели в 2013-м году.
Если бы пилот попытался вручную контролировать степень отбора энергии механизмами KERS, поведение самой машины и тормозного баланса стало бы непредсказуемым.
Поэтому процесс передали электронике. Для этого инженерам пришлось убрать основную трубку между задним главным цилиндром T-образным делителем, распределяющим поток жидкости к каждому из суппортов. Датчик, установленный на главном цилиндре, измеряет давление, с которым пилот воздействует на педаль тормоза, и посылает данные в электронный блок управления. Диапазон показателя давления при этом варьируется от 0 до 100 атмосфер.
Электронный блок управления уже "знает", какой объём энергии необходим для зарядки батарей при торможении. Эту величину задает пилот при помощи 10-позиционного регулятора на рулевом колесе. Сопоставив два показателя (режим работы и усилие на педали), система определяет необходимый уровень тормозного баланса, распределяя усилие между передними и задними колёсами.
Физически соответствующий уровень давления достигается за счет открытия гидравлического регулирующего клапана, пропускающего рабочую жидкость под высоким давлением. Этот клапан находится в задней части автомобиля на трубках, через которые в прежней концепции к задним суппортам поступала тормозная жидкость.
На этих же трубках смонтирован датчик контроля давления, позволяющий отслеживать фактическую работу задних тормозов. Гидравлический клапан при этом будет перераспределять жидкость с одной стороны на другую, чтобы обеспечить необходимое давления в каждом из суппортов, обеспечивая стабильный и правильный баланс между передними и задними тормозами.
Усилие, оказываемое пилотом на педаль тормоза, больше не будет прямо приводить к стабильному давлению в главных цилиндрах - следовательно, гидравлический клапан будет постоянно открываться и закрываться, чтобы даже в условиях работы ERS обеспечить стабильный баланс тормозов, компенсируя постоянно варьирующиеся давление.
Пилот по-прежнему имеет возможность по мере необходимости менять баланс усилия между передними и задними тормозами. Всё, что делает электронная система управления - поддерживает желаемый пилотом уровень давления в задних тормозах путём его уменьшения на величину тормозящего крутящего момента, необходимого для зарядки батарей.
Фактически, пилот давит на педаль, а умная электроника, мгновенно определив, какое дополнительное тормозное усилие возникает при работе ERS, на эту же величину ослабляет воздействие на суппорты. В конечном итоге гонщику удаётся стабильно тормозить и входить в поворот.
