TECHNIKA JÍZD - systém kontroly trakce

Je to obraz dnešní doby. Výrobci se předhánějí a přinášejí na trh stále dokonalejší systémy. Kdo nemá kontrolu trakce, jako by nebyl. A v okruhovém sportu? O tom, jak velký vliv má elektronika na výsledek, si udělejte obrázek sami ;-)

Přibližně takto veliká je styčná plocha zadní pneumatiky “uživatelského“ litrového supersportu. Touto plochou se na rozhraní mezi gumou a asfaltem přenáší více jak 120kW výkonu a 100Nm krouticího momentu. Neuváženým přidáním plynu při průjezdu zatáčkou dáme motoru pokyn k produkci dalšího krouticího momentu, kterým zahltíme styčnou plochu zadní pneumatiky a její schopnost přenosu síly.

Nastává tedy skluz, ale pneumatika je v omezené míře stále schopná hnát motocykl (představte si smyk předních kol automobilu při ostrém průjezdu zatáčkou, kola sice kloužou, ale auto má tendenci pořád zatáčet, není to tak, že byste jeli rovně). S rostoucím skluzem klesá síla. Méně přenášené síly pro pohon motocyklu je sice v pořádku, ale méně síly reagovat na boční zatížení při průjezdu zatáčkou už v pořádku není. Pneumatika ztrácí schopnost tlačit proti výsledné síle, která na ni působí a zadní kolo motocyklu se vychyluje z osy.

Tři způsoby řešení situace

Zachováním krouticího momentu na zadním kole

Nepustit plyn. Motocykl bude pokračovat v rotaci kolem svislé osy, následuje low-side crash.

Výrazné omezení krouticího momentu na zadním kole

Náhlé zavření plynu. Schopnost přenosu síly styčnou plochou pneumatiky je obnovena, rotace kolem svislé osy se prudce mění na rotaci kolem podélné osy, následuje high-side crash.

Velmi jemným nastavováním plynové rukojeti modulovat výkon motoru

Tak, aby se pneumatika postupně a kontrolovaně dostala zpátky na vrchol skluzu. Závodník tedy ubere lehce (nebo vůbec neubírá) plyn a zároveň motocykl rovná.

Ne všichni jezdci mají schopnost jezdit na vrcholu skluzu. Motocykloví výrobci si to uvědomují a každý z nich přichází s originálním technickým řešením, které vychází ze stejného principu. I ti špičkoví se spoléhají na kontrolu trakce, která jim situaci ulehčuje.

A jak tedy výrobci postupují? V následujícím textu si popíšeme technická řešení pěti motocyklových výrobců (modelový rok 2012 - Aprilia RSV-4 Factory APRC, BMW S 1000RR, Ducati 1199 Panigale, Kawasaki ZX 10R, Yamaha YZF-R1).

Vstupní informace

Všech pět výrobců používá jako vstupní informaci pro své TCS (traction control system), monitorování rychlosti obou kol. Děje se tak pomocí Hallova snímače a impulzního věnce s přibližně 50 impulzy na otáčku kola (děrované kotouče u ABS například). Pokud je motocykl vybaven i “závodním“ ABS, jsou senzory společné pro oba systémy a můžou používat stejnou ECU (Electronic Control Unit neboli řídící jednotka). Řídící jednotka řeší brzdění na hranici smyku a akceleraci na hranici skluzu jako stejnou početní operaci (na rozdíl od jezdců, kteří přirozeně vnímají brzdění a akceleraci jako dvě zcela odlišné události). V obou případech dochází ke ztrátě adheze pneumatiky, která se projeví jako změna rychlosti otáčení kola.

Ano, můžeme vytvořit TCS pracující pouze s informací ze senzorů rychlosti otáčení kol a vhodnou modulací krouticího momentu reagovat na skluz, který už se stal. V mnoha případech to bude fungovat dobře. Ale v situacích, kdy je styčná plocha zadní pneumatiky enormně přetížena krouticím momentem (nízký převodový stupeň, plně otevřená škrticí klapka) by bylo lepší předvídat, a omezit velikost skluzu dříve, než nastane (a je už pozdě).

K tomu potřebujeme alespoň hrubou představu o tom, jakou tažnou sílu je pneumatika schopna (v závislosti na dalších okolnostech) bezpečně přenést styčnou plochou na asfalt, aniž by byl překročen adhezní limit (TCS se nastavují na konkrétní pneumatiky). Dále musíme znát aktuální krouticí moment, který motor produkuje. Ten se dá zjistit ze snímačů elektroniky motoru (palivové mapy vstřikování, snímače otáček motoru, úhlu natočení škrticí klapky, zařazeného převodového stupně, atd.) a na základě toho lze odvodit tažnou sílu na zadním kole.

Sériové TCS

Takže teď už můžeme pracovat s informací o krouticím momentu, která nám pomůže předvídat vznik skluzu, a máme senzory rychlosti otáčení kol, ze kterých ECU pozná, že skluz nastal. Takto funguje TCS dvou japonských výrobců Kawasaki a Yamaha, kteří žádné další snímače nepoužívají.

Italská Ducati jde trochu dále, a používá jiný způsob na zjištění velikosti tažné síly. Akcelerometrem měří podélné zrychlení motocyklu (existuje celkem šest stupňů volnosti -zrychlení podél tří os, a rotace okolo každé z nich, Ducati měří pouze jeden z nich, tedy podélné zrychlení motocyklu). Místo převádění krouticího momentu na tažnou sílu výpočtem s použitím celkového převodového poměru, poloměru zadní pneumatiky a hmotnosti jezdce (všechny tři parametry se mohou měnit), měří zrychlení přímo (viz druhý a třetí Newtonův pohybový zákon).

Italská Aprilia a německé BMW jdou ještě dále než Ducati. Jsou vybaveny snímači, které měří čtyři stupně volnosti. Duální akcelerometry měří podélné a postranní zrychlení a duální gyroskopy zjišťují rotaci okolo svislé (úhel vybočení) a podélné osy (úhel náklonu).

Způsoby modulace krouticího momentu

Úkolem TCS není jen předvídat nebo zjišťovat prokluzování zadního kola, musí také umět snížit prokluzování zpět na bezpečnou úroveň. Musí to udělat rychle a musí to udělat kontrolovaně. Řídící jednotka snižuje skluz hnaného kola tím, že omezí točivý moment motoru. Existují tři mechanismy, jak toho dosáhnout:

Úmyslné vynechání válce

Úmyslné vynechání válce je vytvořené přeskočením vstřiku paliva na jednom nebo více válcích. Stejného výsledku se dá dosáhnout vynecháním zapálení směsi, ale nespálené palivo se dostává do výfuku, a zvyšují se emise. Vynechání válce má bezprostřední odezvu na požadavek omezení krouticího momentu, rozsáhlé pole působnosti (0 – 100%), ale hrubou modulaci (kroky pouze v každé čtvrtině v jednom motorovém cyklu).

Snížení předstihu zapalování

Snížení předstihu má okamžitou odezvu na požadavek omezení krouticího momentu, jemnou modulaci, ale omezené pole působnosti (tímto způsobem lze snížit kroutící moment maximálně až o 20%).

Uzavření elektronické škrticí klapky

Pokud je jí motocykl vybaven. Uzavření elektronické škrticí klapky nabízí jemnou modulaci, rozsáhlé pole působnosti (0 – 100%), ale obvykle pomalou odezvu na požadavek omezení krouticího momentu.

Kawasaki omezuje krouticí moment výhradně vynecháním válce/válců, Yamaha vynecháním válce/válců, snížením předstihu zapalování a uzavřením škrticí klapky. Ducati snižuje předstih zapalování, vynechává válec/válce a uzavírá škrticí klapku. Aprilia a BMW shodně omezují krouticí moment uzavřením škrticí klapky a také snížením předstihu zapalování.

Anti - Wheelie

Všichni výrobci tuto možnost ve svém TCS nabízejí. Wheelie je v podstatě rotace okolo postranní osy, a proto by bylo logické, kdyby byla sledována gyroskopem. Namísto toho je ve všech pěti případech zjišťována rozdílnou rychlostí otáčení předního a zadního kola. Pokud se zadní kolo otáčí rychleji než přední, řídící jednotka to vyhodnotí jako ztrátu kontaktu předního kola s vozovkou a zasáhne omezením krouticího momentu. Zásah do wheelie je závislý na pevném nastavení výrobců, v případě Aprilie si ho může nastavit jezdec sám.

Shrnutí

Tento článek zcela jistě není vyčerpávajícím popisem celé problematiky TCS a jejích algoritmů, ale snaží se alespoň na základní úrovni přiblížit, jak tyto systémy fungují. Doufám, že jste si udělali aspoň přibližnou představu :-).

Autor: Lesi