Грань контроля. Система устойчивости мотоцикла от Bosch на Zero SR/F

Существует некая опасная грань, на которой мотоциклистам приходится балансировать. Правда, это касается не всех: спокойный мототуризм довольно далёк от этого вопроса, а вот гонщиков он касается в полной мере. Речь идёт о ситуациях, когда резина находится на грани срыва, или слегка переходит эту грань.

Система устойчивости мотоцикла

Время реакции среднего человека составляет приблизительно ¾ секунды, или 750 миллисекунд. Время реакции тренированного гонщика по замерам составляет около 270 миллисекунд. Что это означает на практике? Это значит, что Марк Маркез может предотвратить аварийную ситуацию, в которой он оказался, а вы, с точки зрения статистики - скорей всего нет.

Вот почему на современные мотоциклы ставится трекшн-контроль и другие средства ассистирования и активной безопасности. Конечно, у них тоже есть свои ограничения - в том числе и по времени реакции. Изменение выдаваемой мощности двигателя подразумевает изменение количества смеси, проходящей через впускной тракт через открытые клапана в камеру сгорания, затем возникает искра, вспышка, открываются выпускные клапана, и отработанные газы покидают камеру сгорания. Импульс тяги, созданный вспышкой, передаётся коленвалом через зубчатый или цепной привод первичной передачи на коробку передач, а затем через цепь или кардан на колесо и пятно контакта с асфальтом. Каждый из этих шагов короткий, но вместе система имеет значительную и вполне измеримую задержку, вероятно, в пару сотен миллисекунд. Эта задержка сглаживает рывки, возникающие как при увеличении мощности (открытии газа), так и при снижении (закрытии газа или вмешательстве средств ассистирования), но это касается бензиновых мотоциклов. А что насчёт электрических?

В новом Zero SR/F задержка между изменением положения ручки газа и изменением тяги заднего колеса (а следовательно, изменением сил в пятне контакта) составляет около 60 миллисекунд. И даже Маркез не имеет такой скорости реакции, как у электронной начинки электробайка.

Zero SR/F и Bosch MSC

Новый Zero SR/F - первый электроцикл, в котором применена система контроля устойчивости мотоцикла (MSC) от Bosch. MSC сочетает в себе ABS для прямых и наклонных участков пути, трекшн-контроль для прямых и наклонных участков, контроль торможения двигателем, систему помощи на склоне, контроль вилли и подъёма заднего колеса. MSC достигает такого уровня контроля над положением мотоцикла благодаря использованию устройства измерения инерции (IMU), датчика, который определяет угол наклона, ускорение положительное или отрицательное, и положение продольной оси мотоцикла относительно горизонтали, благодаря чему становится возможным точно описать положение и поведение мотоцикла.

По заявлению ведущего технического директора Zero Эйба Ашкенази, "переход к новому уровню мощности потребует нового уровня контроля". И 190 Нм тяги - просто колоссальной тяги - выдаваемой электродвигателем Z-Frce 75-10 нового поколения, стоящим в SR/F, требуют от систем электронной безопасности особенно высокой скорости срабатывания.

Раньше Zero работал с Bosch над установкой ABS на модели S, DS, SR и DSR, так что в процессе разработки SR/F они заключили с Bosch ещё одну договорённость - об установке на новый мощный мотоцикл системы MSC.

Robert Bosch GmbH уже на протяжении столетия остаётся ключевым поставщиком высокотехнологичных компонентов для всей мировой мотоиндустрии. Пройдитесь по любому музею мототехники - и наверняка найдёте этому подтверждение. Компания открыла свой офис продаж в США в 1912 году, и основные мотопроизводители того времени - Indian, Harley Davidson, Flying Merkel, Excelsior, Iver Johnson - выпускали мотоциклы с установленным на них зажиганием, генераторами, регуляторами напряжения, светотехникой, клаксонами и другими компонентами от Bosch.

Первые мотоциклетные системы ABS от Bosch, основанные на автомобильных разработках компании, появились в 1988 году. Системы трекшн-контроля, работающие благодаря тем же сенсорам скорости, были представлены чуть позже. Первые системы ABS и трекшн-контроля основывались на очень грубых алгоритмах, поскольку математика, заложенная в них, предполагала, что мотоцикл всегда находится в вертикальном положении. Однако, наклонив мотоцикл, мы добавляем в уравнение дополнительную переменную: чем больше требуется сил сцепления с поверхностью для сохранения держака в наклоне, тем меньше их остаётся для торможения или ускорения. А при подъёме переднего колеса на ускорениях всё становится ещё сложнее.

Эти особенности мотоциклетной эргономики стали основой для разработки Bosch MSC. Благодаря использованию устройства измерения инерции, алгоритмы MSC способны правильно просчитывать запас держака исходя из угла наклона мотоцикла при рулении, ускорения или торможения, а также положения продольной оси рамы относительно горизонтали. MSC чувствует и отрабатывает возможные срывы резины быстрее лучше, чем практически любой водитель. Эта система использует целый ряд различных алгоритмов для моделирования процессов в пятне контакта и подсчёта допустимых изменений в режимах работы двигателя и тормозных систем - например, не прозойдёт ли срыва при резком открытии или закрытии газа в наклоне.

Для того, чтобы помогать райдеру справиться с возможным срывом колеса, контроллер MSC связан с двумя главными системами: тормозами и блоком управления двигателем. MSC имеет возможность к примеру добавить или убавить скорости вращения двигателя, чтобы удержать сцепление резины под контролем, или же ослабить тормозное усилие.

Перед разговором с командой разработчиков Bosch, я полагал, что интеграция MSC с новым ЭБУ - в данном случае проприетарным контроллером электродвигателя Zero Cypher III - требует проведения большой работы для обеспечения совместимости. Всё оказалось совсем не так.

Коммуникация MSC и любого ЭБУ основана на современном индустриальном стандарте - шине CAN Bus, связывающей всю электронику мотоцикла единой сетью. Именно MSC регулирует работу систем мотоцикла - посылая команды вроде "СнизитьДавлениеВКонтуре1" или "СнизитьТягуДвигателя" по шине CAN - а соответствующие команды отрабатывают их получатели, например ЭБУ или блок ABS, управляющий давлением в тормозном контуре. Контроллер MSC решает, ЧТО нужно сделать для сохранения управляемости, а КАК это сделать в конкретном мотоцикле, решают его системы и заложенные в них разработчиками алгоритмы.

В результате, всё, что требуется от разработчиков Bosch - это калибровка. Разумеется, в процессе внедрения MSC в новый мотоцикл не обходится без доработки софта (как MSC, так и бортовых систем Zero) - но зато при этом не приходится решать целую кучу задач по обеспечению совместимости и коммуникации между разными блоками, ведь эти задачи возложены на стандартную шину CAN Bus.

MSC была изначально создана открытой и расширяемой, - рассказал нам директор по разработке Bosch Карл Дрезен. -Мы знали, что со временем она будет установлена на транспорт с другими принципами работы, например на электрический - и с самого начала решили сделать её универсальной.

Мгновенный отклик

Возвращаясь к задержке в 60 миллисекунд. Некоторые элементы конструкции электробайка Zero SR/F делают его чрезвычайно отзывчивым. Небольшая вращаемая масса ведёт к снижению инерции: выходной вал двигателя соединён непосредственно с осью заднего колеса высокопрочным карбоновым ремнём. Никаких задержек и потерь мощности на различных разнонаправленных шестернях или цепных приводах здесь нет. Более того, в Zero SR/F выходной вал двигателя расположен соосно с маятником - поэтому при работе подвески отсутствует изменение геометрии трансмиссии. Так что в электроцикле Zero SR/F двигатель и пятно контакта шины с дорогой связаны одной из самых быстрых и безынерционных трансмиссий среди всех мотоциклов.

Это позволило команде по интеграции MSC в Zero раскрыть полный потенциал MSC, что было невозможно на системах с ДВС. Команда Bosch ожидаемо скрытничала (из соображений защиты интеллектуальной собственности) о времени реакции своей системы на события со снижением сцепления на мотоциклах с ДВС. Но по данным независимых экспертов - IEEE и Токийского университета, задержка между срывом колеса и изменением положения электронной дроссельной заслонки составляет около 200 миллисекунд. С учётом дополнительных механических элементов - трансмиссии, цепи и так далее - следует ожидать не менее 300-400 миллисекунд общей задержки между регистрацией срыва колеса и воздействием по восстановлению сцепления резины с дорожным покрытием. Сравните эту цифру с 60 миллисекундами на SR/F!

Ещё одна быстрая связь

В любой разработке мотоцикла обязательно участвует тестер - водитель-испытатель, на впечатления которого ориентируются конструкторы. Связь между тестером и инженерами, его умение донести свои ощущения и соображения сильно влияют на то, насколько проработанной получается готовая модель. В данном случае никакой связи не было: инженер по внедрению MSC со стороны Bosch Эрик Гринэм был также ведущим тестером команды.

Когда прошивка MSC пишется тем же человеком, который испытывает её на дороге и на треке, риск недопонимания практически исключается. Обладая детальным пониманием особенностей поведения мотоцикла на дороге и того, где эти особенности обрабатываются в программе MSC, Гринэм настраивал прошивку системы тонко и тщательно. Один из важнейших процессов - выбор задержки между регистрацией события и вмешательством системы, а также силы этого вмешательства - например, при какой степени срыва колеса при выходе из поворота в наклоне система должна вмешаться, и на сколько снизить тягу двигателя. Слишком сильно и слишком рано снижать тягу - значит, сделать мотоцикл ватным. Выбор правильной задержки и степени вмешательства сохранит острый отклик мотоцикла, но сделает его значительно безопаснее.

Система должна, как Ашкенази заявил, "дать райдеру возможность почувствовать себя Суперменом"

Разговор с инженерами Bosch и Zero оставил у меня крайне благоприятное впечатление. Обе команды состоят из настоящих инженеров - энтузиастов мотоциклов, и им повезло иметь возможность воплотить в жизнь весьма интересный проект - MSC на электротранспорте. Ашкенази любит цитировать одну из моих любимых строк Артура С. Кларка - "Любая достаточно развитая технология неотличима от магии".

Ашкенази рассказал, что испытания SR/F на гравийной дороге раскрыло глаза команде Bosch на то, насколько отзывчивым может быть мотоцикл, и насколько эффективной может быть MSC.