Раскрыты технические подробности суперкара Tesla: 8 тонн тяги, сравнимой с истребителем, и черные технологии для роботов

Аннотация:

Ракетные технологии SpaceX — не все козыри «мчащегося автомобиля» Roadster

. Tesla Engineering No. 1 только что объяснила все технические детали в программе блога: система впрыска ракеты, присоска с эффектом земли, корпус с активной деформацией... и впервые раскрыла:

Технология гуманоидного робота Tesla Optimus также используется в автомобиле

Черная технология Rocket, как работать над машиной?

Прежде всего, давайте кратко представим

Лара Морави, который участвует в подкасте

, окончил Северо-Западный университет по специальности машиностроение и в ранние годы долгое время отвечал за систему подвески шасси в Honda. Когда он присоединился к Tesla в 2010 году, он начал работать над подвеской шасси и прошел путь до нынешней должности вице-президента Tesla, № 1 в области автомобилестроения.

Все его выводы вращаются вокруг одного вопроса: если машина уже настолько быстра, что люди сомневаются в жизни, как следующий шаг может превзойти предел?

Qubit Robo ранее уже объяснял вам, что в родстере используется двигательная установка на холодном газе под высоким давлением, разработанная совместно с SpaceX. Для получения высокотемпературного газа не требуется сжигать топливо. В основном он основан на быстром выпуске газа под высоким давлением через сопло и использовании силы реакции для приведения автомобиля в движение.

Этот набор принципов не новичок в аэрокосмической сфере, а именно: сила действия и сила противодействия.

Автомобилю в первую очередь необходима система хранения газа высокого давления — COPV, которая может хранить азот с давлением до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 68,9 МПа. Давление в шинах обычных легковых автомобилей обычно составляет всего несколько сотен килопаскалей, разница в два порядка.

Тяга системы, заданная Морави, превышает 80 кН, что эквивалентно примерно 8,2 тоннам силы при переводе в более привычную единицу.

——Эквивалент тяги двигателя МиГ-29 РД-33 с включенной форсажной камерой——

Версия Performance разгоняется с нуля до 100 секунд примерно за 1,6 секунды, версия Thrust занимает около 0,85 секунды, а версия Rocket утверждает, что достигает 0,55 секунды.

Подобных ужасающих показателей мощности действительно невозможно достичь в традиционных автомобильных отраслях, таких как двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели. Ему помогают ракетные двигатели позади него.

То, что определяет тягу, включает массовый расход газа, конструкцию сопла, температуру и давление газа, а также скорость открытия клапана.

Впервые чиновники дали понять, что система по-прежнему работает даже на местах

За этим стоит замкнутый цикл управления: измерение состояния, расчет отклонения, применение управления, а затем непрерывная его корректировка на основе обратной связи.

Если транспортное средство хочет сохранять устойчивое положение при ускорении, оно должно учитывать взаимосвязь между линией действия тяги и центром масс транспортного средства; если он также хочет контролировать рыскание и тангаж, ему необходимо, чтобы сопла в разных направлениях работали вместе.

Итак, план двигательной установки включает сопла по четырем углам корпуса и переднее сопло для управления рысканьем.

На примере переворота ракеты система сначала определяет текущее положение и скорость вращения корпуса ракеты, рассчитывает крутящий момент, который необходимо приложить, а затем управляет соответствующим впрыском холодного воздуха в двигатель. После того, как корпус ракеты начинает вращаться, IMU продолжает сообщать о новом состоянии вращения, и компьютер соответствующим образом корректирует время и продолжительность впрыска; при выходе на целевой угол системе необходимо уменьшить тягу и при необходимости подать реверсивный момент для замедления корпуса ракеты и остановки его на целевом угле.

Следовательно, это только основа того, что гребной винт может создавать тягу. Что действительно позволяет ракете точно перевернуться, так это непрерывное измерение состояния корпуса ракеты системой управления и ее способность регулировать тягу в реальном времени на основе обратной связи.

Родстер использует подруливающие устройства для аналогичной регулировки положения в воздухе. Логика управления также должна решать задачи того же типа: определять положение и скорость вращения кузова автомобиля в реальном времени, координировать сопла в разных положениях для создания необходимой результирующей силы и крутящего момента и вовремя останавливать вращение при достижении целевого положения.

Можно предположить, что Roadster использует ту же базовую техническую структуру, что и SpaceX, но была повторно адаптирована на основе физических характеристик и расположения сопел самого транспортного средства.

На этом этапе проясняются основы аппаратного обеспечения пропеллера и алгоритма управления ориентацией летающего суперкара Roadster.

Люди вообще думали, что это все секреты Родстера, пока Морави не был застигнут врасплох и не раскрыл еще одну черную технологию——

Ключевые компоненты воплощенного интеллекта также присутствуют

На первый взгляд это кажется немного нервным.

Роботам приходится ходить, стоять и менять позу, а автомобилям приходится двигаться на высоких скоростях. Рабочая среда этих двух продуктов сильно различается.

Но с точки зрения приводов их объединяет одно: всем им необходимо точно контролировать положение и движение механических компонентов и вовремя реагировать при изменении нагрузки.

Суставы ног роботов-гуманоидов должны мгновенно выдерживать огромные ударные нагрузки при ходьбе и прыжках.

Естественно, он обладает такими преимуществами, как высокая удельная мощность, огромный выходной крутящий момент и отклик на уровне миллисекунд.

Tesla повторно использовала этот основной компонент робота в суперкаре, что не только решило проблему управления при экстремальных механических нагрузках, но и продемонстрировало максимальную возможность многократного использования базового оборудования, разработанного Tesla, во всех линейках продуктов.

Первое применение — активная регулировка заднего спойлера

: на чрезвычайно высокой скорости в 200 миль в час активное аэродинамическое заднее крыло должно выдерживать огромное сопротивление ветра и прижимную силу до нескольких тысяч Ньютонов.

Но маленькие моторы обычных автомобилей просто не могут быстро отрегулировать положение под такой огромной механической нагрузкой.

Tesla напрямую заимствует приводы с высоким крутящим моментом у ног робота-гуманоида Optimus для мощного привода заднего крыла и добавляет дополнительный механизм блокировки механического тормоза (Brake), который позволяет заднему крылу не только переключаться между режимом высокой прижимной силы (режим высокой прижимной силы) и режимом низкого сопротивления (режим низкого сопротивления) с точностью до миллисекунды, но также надежно фиксироваться при сильном воздействии воздушного потока.

Второе применение —

точные газовые клапаны высокого давления, которые управляют системой впрыска холодного воздуха SpaceX

Внутреннее давление воздуха достигает 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Хотя конструкция жидкостной конструкции самого клапана действительно заимствована у SpaceX, в наземных условиях необходимо открыть и точно настроить газовый клапан, который может выдерживать давление 10 000 фунтов на квадратный дюйм за миллисекунды, что требует чрезвычайно высокого крутящего момента.

Поэтому Tesla снова представила привод ноги Optimus для управления открытием, закрытием и ходом клапана высокого давления, тем самым добившись более точного управления потоком воздуха сверхзвуковой струи и векторной тягой.

Какие еще прорывы есть в шасси Roadster и Sanden?

Ракетные двигатели и роботизированные приводы создают ощущение свежести и расширяют границы автомобильной физики.

Однако в основе его производительности по-прежнему лежат электропривод, шасси и шины.

В шасси и трех электрических компонентах еще много инноваций.

Во-первых, родстер не имеет многомоторного полного привода, а использует заднеприводную двухмоторную компоновку. Официально заявленная полная мощность превышает 1 МВт, а крутящий момент превышает 1400 Н·м. Благодаря планетарному редуктору и передаточному числу около 8,4:1 автомобиль может независимо регулировать движущую силу левого и правого задних колес.

Это обеспечивает больший контроль над распределением мощности в углах.

Что касается аккумулятора, в Roadster используются элементы 4680, алюминиевый корпус и конструкция двустороннего охлаждения, а также высоковольтная платформа с напряжением около 800 В.

Значение двустороннего охлаждения относительно просто: предоставление ядру батареи большего количества путей рассеивания тепла помогает улучшить теплопередачу и однородность температуры. Для высокопроизводительных электромобилей это важно, поскольку аккумулятор и электропривод при выдаче высокой мощности выделяют много тепла, а контроль температуры будет влиять на возможность стабильной работы системы.

Что касается 10-минутной зарядки, конечный эффект также зависит от емкости аккумулятора, кривой зарядки, температуры окружающей среды и фактической выходной мощности зарядного устройства.

Шасси сталкивается с еще одной реальной проблемой: чем радикальнее характеристики, тем больше телу необходимо контролировать вес и осанку.

Целевая масса транспортного средства, заданная существующими данными, составляет менее 1700 кг

; После входа в трековый режим подвеску также можно опустить примерно на 40 мм и отрегулировать жесткость.

Низкая часть кузова и более жесткие настройки подвески помогают контролировать движения тела, но конечная производительность по-прежнему определяется общей настройкой автомобиля.

Следующий шаг — самая оригинальная инновация Roadster:

Активная аэродинамика

Заднее крыло, шасси и форма кузова автомобиля в основном зависят от относительного движения между автомобилем и воздухом, создающего прижимную силу.

Чем выше скорость, тем заметнее аэродинамический эффект, поэтому

Родстер также оснащен регулируемыми передними крыльями, боковыми дефлекторами и активными задними крыльями

, пытаясь отрегулировать поток воздуха в соответствии с разными скоростями и условиями движения — привод той же модели, что и встроенный интеллект, упомянутый ранее.

Официальное заявление гласит, что автомобиль может развивать прижимную силу примерно до 2G на скорости более 200 миль в час.

Однако здесь 2G описывает взаимосвязь между прижимной силой и весом автомобиля. Нельзя напрямую понимать, что автомобиль может выдерживать боковое ускорение 2G при прохождении поворотов.

Скорость прохождения поворота по-прежнему ограничена такими факторами, как шины, дорожное покрытие, подвеска и управляемость автомобиля.

Аэродинамический комплект, который можно активно регулировать, фактически решает проблему «пассивного» сцепления, которое является требованием к производительности при высокоскоростном потоке воздуха.

Но родстер также хочет получить более сильное сцепление с дорогой на низких скоростях, что приводит к установке системы вентиляторов под автомобилем.

Моравей сообщил, что шасси оснащено четырьмя вентиляторами мощностью около 20 кВт, а поток воздуха под автомобилем контролируется через независимые юбки.

Вентилятор вытягивает воздух под шасси, создавая разницу давлений между днищем автомобиля и внешним миром, тем самым прижимая кузов автомобиля к дороге. Поскольку этот механизм не полностью зависит от скорости автомобиля, он теоретически может обеспечить дополнительную прижимную силу на малых скоростях.

Однако мощность вентилятора не может быть напрямую преобразована в прижимную силу. На фактические результаты также влияют перепад давления, поток воздуха, уплотнение юбки, состояние дорожного покрытия и ход подвески. Вентилятор также будет приносить дополнительный вес, потребление энергии и нагрузку на управление температурой, поэтому то, как работать с активным задним антикрылом, является настоящей проблемой, которую должно решить все решение.

Если рассматривать эти технологии вместе, идея Roadster становится яснее:

За непрерывную выдачу мощности отвечает система электропривода, за движение на высоких скоростях в основном отвечают активные аэродинамические компоненты, вентилятор пытается компенсировать прижимную силу на низких скоростях, а двигательная установка на холодном воздухе обеспечивает кратковременную дополнительную тягу.

Как эти технологии работают вместе в нескольких экстремальных сценариях?

Давайте сначала рассмотрим начальное ускорение. Двойные двигатели на задних колесах отвечают за передачу мощности на дорогу, а силовая установка на холодном воздухе пытается обеспечить дополнительную тягу за короткий период времени. Две системы должны согласовывать время и направление выходного сигнала, чтобы избежать неконтролируемых изменений положения автомобиля во время ускорения.

Когда дело доходит до скоростных поворотов, активное заднее крыло и конструкция отклонения кузова вступают в действие, помогая автомобилю создать прижимную силу; Независимое управление движущей силой левого и правого задних колес также обеспечивает больше места для регулировки положения автомобиля. Если автомобиль движется на более низких скоростях, вентиляторы под днищем имеют возможность дополнить традиционную аэродинамику.

Посмотрите еще раз на процесс приближения к вершине поворота после скоростного торможения. По мере снижения скорости автомобиля прижимная сила, создаваемая задним антикрылом, которое зависит от потока воздуха, также будет ослабевать. На этом этапе система вентиляторов теоретически может продолжать обеспечивать определенную силу адсорбции. Но сможет ли он стабильно работать в реальном вождении, зависит от скорости реакции системы, взаимодействия юбки и дорожного покрытия, а также стратегии управления автомобилем.

Что касается кратковременного отрыва от земли, то двигательная установка с кондиционером, несомненно, является самой привлекательной частью. Однако создание достаточной восходящей тяги является лишь предпосылкой для отрыва автомобиля от земли. Транспортному средству также необходимо контролировать тангаж, рыскание и крен, а также обрабатывать изменения положения после отрыва от земли и удара при приземлении. Основываясь только на данных о пиковой тяге, невозможно судить, сможет ли транспортное средство выполнить этот процесс повторно и стабильно.

Эти сцены также показывают, что техническое решение Roadster заключается не только в установке нескольких высокопроизводительных компонентов в один автомобиль. Время действия, скорость управления и условия работы разных компонентов различны. Ключом к инженерной реализации является то, как их интегрировать в надежную систему автомобиля.

Еще кое-что

Вопрос: Насколько силен пердеж Маска?

Теперь есть официальный ответ: эквивалентная тяга 8,1 тонны.

И это авторитетные данные, подтвержденные самим Лао Ма.

Родстер стал большим хитом, и его обсуждали люди из всех слоев общества, в том числе ЛеКун, один из трех гигантов глубокого обучения, который хорошо знаком нашим читателям Qubit. Он поставил под сомнение эффективность метода движения Родстера и прямо напал на него: