בין הגומי לאספלט – אלקטרוניקת GP

חשיבות האלקטרוניקה הפכה לראשונה במעלה, בעולם מרוצי האופנועים. מאמר זה יספק מידע על טכנולוגיית העל, הכה סודית והכה משפיעה.

כדי להבין את משמעות המושג טכנולוגיית GP "נצטרף" לסדרת ביקורים שבוצעו ע"י מגאזין האלקטרוניקה EE TIMES בשלושה מוסכי ג'יפי בסבב של לגונה סקה השנה.
הכל התחיל במוסך של קאוואסאקי שם נערכה ישיבה שכללה את מהנדס התוכנה של יאמהה, את מנהל קבוצת סוזוקי ואת מייסד חברת "2D מערכות" מגרמניה, האחרונה מייצרת ומספקת חיישנים, ומערכות ניהול מנוע לשלוש קבוצות מפעל אלה.

יחס כוח משקל באופנועי ה-GP הוביל את היצרניות למרדף אחר שליטה מתוחכמת במכונות, כזו שתתערב ותעזור לרוכבים להישאר על שני גלגלים, אחת השאלות המעניינות עוסקת באופן השליטה באופנוע במהלך מרוץ. מאחר והתערבות טכנית במהלך מרוץ אסורה, שינויים כמו תזמוני הצתה ומפות דלק-מצערת חייבים להתבצע ע"י הרוכב ו/או ע"י מערכות הממוקמות על האופנוע וקובעות, איך, אם, מתי ואפילו איפה השינויים הנדרשים יבוצעו.

פחות ברור כיצד החלטות בזמן אמת אלה שמסתמכות על חיישנים מבוצעות. האם מיקום האופנוע על המסלול, מפעיל את שינויי נדרש, ואם כך כיצד זה מבוצע הלכה למעשה ובצורה אמינה? כיצד תוכנת הרכב-אל-חוט "ride-by-wire" מכוונת את זרימת דלק/אוויר? קצת יותר התעמקות ומגיעים לנושא מערך החיישנים בו עושים שימוש כדי להפעיל את כלל מערכות השליטה. מה נמדד, איזה נתונים חיישנים אלה מספקים, ואיך הקבוצות אוספות ומשתמשות בנתונים אלה? מהנדסי ה-DATA הופכים דומיננטיים, והחלטות מתבססות על נתונים שהם מספקים. בים המידע, כיצד אתה שוחה בכיוון הנכון כדי להביא לשיפור בביצועים?

המון סימני שאלה, אבל יש גם כמה תשובות ...

תפיסתו של אנדראה דוסלי, טכנאי הזרקת הדלק האלקטרונית של קבוצת קאוואסאקי מושפעת מהיותו ראש קבוצת מרוצים לשעבר ורוכב מוטוקרוס נכון להיום. תפיסה זו לגבי מערכות אלקטרוניות מתמקדת באיזון ופרספקטיבה של כלל המערכות שאמורות להיות נשלטות ומופעלות ע"י הרוכב בזמן מרוץ. קאוואסאקי התמקדה השנה בעיקר ביחידת בקרת המנוע (ECU), כדי ליצור יותר שליטה בכוח המנוע. החברה רואה בשיתוף פעולה צמוד ולטווח ארוך עם מגנטי-מארלי היצרן האיטלקי, צורך אסטרטגי הכרחי כדי לייצר יחידת בקרה תחרותית. כמו כן מנתחי הנתונים נדרשים למאמץ יתר בהבאת יותר נתונים איכותיים שיספקו תמונה ברורה של ביצועי האופנוע בזמן מרוץ.

קאוואסקי

למרות כל האלקטרוניקה והמעגלים הסגורים בסוף היום המכונה נהוגה בידי אדם. למרות מהלכים שנעשים ע"י קבוצות אחרות בכיוון מערכות רכב-על-חוט מלאות בהן תוכנות מתרגמות אלקטרונית את סיבוב המצערת להאצה של המנוע, בקאוואסאקי דבקים- לפחות לעט עתה- בשיטת "חצי חצי". חצי מהשליטה נעשה בצורה קונבנציונאלית ע"י כבל גז סטנדרטי שמפעיל 50% ממערכת הדלק, כאשר את שאר העבודה מבצעות מערכות אלקטרוניות. פילוסופיה זו שמכונה "פילוסופיית הרגש", אמורה לשמור את הרוכב יותר מחובר לאופנוע. דוסלי מציין ששליטה בזמן אמת שמבוססת על מיקום האופנוע במסלול עדיין לא בשלה לחלוטין לשימוש במרוץ. המערכת נמצאת בשלבים מתקדמים של פיתוח ושימוש מלא במערכת על מסלול המרוצים יתרחש בעתיד הקרוב מאוד, דוסלי מסרב לגלות מי מבין קבוצות ה-GP עושה שימוש כבר היום במערכות השליטה בזמן אמת. (שמועות מדברות על כך שבדוקאטי מערכת זו כבר שמישה) מה שדוסלי מאשר הוא ש-GPS הוא אכן הכלי בוא נעשה ויעשה שימוש לזיהויי מיקום אמין על המסלול, כמו כן מערכות ניווט מוטרדות מכוח אינרציה, רעש, ואותות אחרים. איסוף הנתונים לצורך ניתוחם מאוחר יותר נשען על חתימת מיקום GPS, החלטות הנלקחות בזמן אמת, מבוצעות ע"י בדיקה של איזה חיישן מספק את מירב המידע הנדרש כדי למקסם את תגובות האופנוע לפעולות הרוכב.

הורדת הכוח

הקטנת הנפח מ-990 ל-800 סמ"ק גרם להפחתת הכוח הגולמי שמופק מהמנוע. למהנדסים יש פחות כוח לנהל. ולכן המפתח הוא אופי הורדת כוח חלק יותר; רצועת הכוח שיחידת בקרת המנוע (ECU) צריכה לאזן פחותה לעומת המנועים הגדולים והחזקים יותר. דוסולי מציין כי חיישני התאוצה, זווית השיפוע, גלגל קדמי ומהירות תנועה (ע"י GPS) יחד עם תנועת המתלים הקדמיים, הם בין המשתנים החשובים ביותר לשליטה בזמן אמת באופנוע ה-GP של קאווסאקי. שליטה על סחרור הגלגל האחורי הוא המפתח לרכיבה מהירה, אבל הפרזה עשויה להיגמר בהיי-סייד עצבני שיטיס את הרוכב מהאופנוע בצורה מסוכנת. ע"י השוואת מהירות הגלגל הקדמי והאחורי ע"י GPS ומגביר סל"ד, האופנוע יכול "לזהות" מתי נדרשת התערבות והפעלת בקרת האחיזה (TCS) בתגובה לשגיאה במצב המצערת מצד הרוכב, כדי לשמור על אחיזה. למעשה, רוכבים שהגיעו למוטוג'יפי מקטגוריות המבוססות על אופנועים סדרתיים, דיווחו על ההבדל העצום ברמת האחיזה ועל היכולת לפתוח גז מוקדם מהרגיל ביציאה מפניה. כתוצאה מבקרת האחיזה, רכב-אל-חוט, ושאר אמצעי הבקרה שנעזרים בכמות החיישנים הגדולה שמותקנת באופנועים.

אז איך מערכת הבקרה האלקטרונית של קאוואסאקי נראית?
כמובן שהקבוצה לעולם לא תחשוף אותה לגמרי, אבל דוסלי אישר מערך של לפחות 50 חיישנים שפרושים על האופנוע כשכולם מתקשרים דרך יחידת בקרת המנוע הסופר מורכבת. 30 חיישנים אנאלוגים מחוברים לארבעה מנטרי חום, מודד רמת חמצן במפלט (למבדה), ואוסף נוסף של חיישנים דיגיטאליים למטרות שונות. עומס העבודה על יחידת בקרת המנוע (ECU) הופך לכבד מאוד. לדוגמא, מד מאמץ שמורכב ב-"מעביר-מהיר" ((quick shifter ויושב על רגלית ההילוכים עושה שימוש בדגימת אות קילוהרץ (יחידת תדר) כדי לתזמן בצורה נכונה את הפסקת ההצתה במהלך העברת הילוכים ללא שימוש בקלאץ'. הרים של נתונים דורשים ממשק ממוחשב על האופנוע שיאפשר הורדת נתונים והעלאת תכניות שליטה חדשות בזמן קצר. אבל לא כל העבודה מתבצעת בקצב המטורף של מסלול המרוץ. שעות מקצי האימון והדירוג משמשים את המהנדסים והטכנאים לחפירה וחקירה מעמיקה של הנתונים לשיפור כיוונן מערכות האופנוע למרוץ הספציפי וליתר העונה.

יאמאהה טק-3

המוטוג'יפי מכיל מגוון גישות לשימוש באלקטרוניקת מרוצים, ישנן קבוצות כמו הונדה ודוקאטי שעושות שימוש ביחידות בקרת מנוע (ECU) ייחודיות שפותחו בחברה עצמה. בקבוצת ימאהה טק-3 כמו בקאוואסאקי, עושים שימוש ביחידות בקרת מנוע של מגנטי מארלי, ובחיישנים ויחידות קלט של חברת 2D. למרות דמיון הגישות לקאוואסאקי, קבוצת טק-3 עברה למערכת רכב-אל-חוט מלאה. המצערת עדיין מחוברת ליחידת השליטה בכבל אבל זה רק כדי להעניק לרוכב הרגשה קונבנציונאלית, בפועל ישנה התערבות אלקטרונית מלאה בין פעולתו הפיזית של הרוכב על המצערת לבין תגובת המנוע.

במוסך של יאמהה מנהל את העניינים האלקטרוניים אנדרו גריפיט. גם על הימאהה יש מערך חיישנים צפוף, יחד עם מדי תאוצה וג'יירוסקופים שמנטרים את תנועת האופנוע. ישנו GPS כדי לקטלג את הנתונים, אך גריפיט חזר על הערתו של דוסלי בנוגע למהימנות נתוני המיקום שמספק ה-GPS בזמן אמת. בכללי גריפיט מדבר על הצורך לפשט את מערכות הבקרה מפני שמורכבותם הגדולה יוצרות בעיות בטיחותיות.
בקרת אחיזה ושליטה על הזדקרות הגלגל הקדמי (ווילי) הן נקודות בהן מתמקדים בימאהה במהלך מרוץ. שאר החיישנים הרבים שמפוזרים על האופנוע אוליי משחקים תפקיד בבקרת האחיזה, אבל ע"פ גריפיט "נקודת המפתח היא הנתונים המצביעים על מהירות סיבוב הגלגל הקדמי והאחורי. אתה חייב אותם כדי שהמערכת הזו תעבוד." בגלל שרוכבים צריכים מידי פעם קצת מרחב תמרון, גריפיט מציין שמדובר על משהו קצת יותר מורכב משליטה על רוחב אפשרי של סיחרור הגלגל האחורי מול שליטה מלאה בבקרת האחיזה. לסיכום גריפיט וצוותו מאמינים בצורך של הרוכב להרגיש מעורב בפעולות השליטה באופנוע. היו מקרים בהם הרגשת רוכב סתרה נתונים אלקטרוניים שהתקבלו לצורך אופטימיזציה של כיוונון האופנוע, בגישה זו שמים דגש ומעדיפים את השקט והביטחון של הרוכב ע"פ השיטה "הסטרילית" בא הכל נקבע ע"פ הנתונים האלקטרוניים. מה הגישה העדיפה ? "אופטימיזציה".

כמו המתחרים שלה, ימאהה אינה יכולה לשקוט על שמריה. הפיתוח נמשך במלוא המרץ, ע"פ גריפיט הקבוצה מאמצת השנה גישה חדשה שנשמרת בקנאות לאור סוגיות התחרותיות. כשנשאל לגבי פיתוח עצמאי של יחידת בקרת מיקום במרחב בזמן אמת, הגיב גריפיט בגיחוך ואמר "זה אחד מהכיוונים האפשריים". השתיקה הרועמת יותר ממרמזת שאופציה זו בהחלט אפשרית בעתיד ואולי אפילו כבר נמצאת על אופנועיהם.

סוזוקי

לא הרחק משם ממוקם המוסך של טום אוקהן, מהנדס בהכשרתו וגם מדריך רכיבה על אופנועי ספורט, אוקהן משמש כמנהל הצוות של כריס וורמיולן בקבוצת סוזוקי, תחת ניהולו של שיניצ'י סאהארה, המנהל הטכני של הקבוצה. בתור רוכב נלהב (שמעדיף דוקאטים בגלל אופיים הטוויני) אוקהן שותף לגישת שיתוף האדם והמכונה ליצירת "אופטימיזציה". כמו בקאוואסאקי ויאמהה, גם הסוזוקי עמוס באמצעים אלקטרוניים, החל מ-GPS, מדי תאוצה תלת ציריים, ג'ירוסקופים תלת ציריים, ויותר מ-30 חיישנים שמחוברים לשלושה מיקרו בקרים שמאפשרים חיבור רשתי להורדה והעלאה של נתונים. מערך זה משמש לשילוב כוונון מהיר של האופנוע, ובשלב מאוחר יותר ניתוח מעמיק יותר של נתונים. גם בסוזוקי משתמשים במוצרים של חברת 2D, כאשר את יחידת בקרת המנוע (ECU) מספקת להם מיצובישי.

אוקהאן היה יותר ישיר בתשובותיו לגבי תיאורית ניהול מנוע מבוסס מיקום במסלול והקשיים במימושה. הוא ציין שמשדרים שמוצבים סביב המסלול יכולים להשתלב עם מפענח זמן ומרחק כך שיתקבל מיקום מדויק של האופנוע על המסלול. בנוסף תנועת האופנוע מנותרת ע"י חיישני תאוצה וג'ירוסקופ תלת ציריים. "חיישנים אלה מתארים איך העניינים זזים, אבל הם לא משמשים למיקום התנועה." רעש ותזוזה בחיישנים. דיונים שעסקו ביישום מערכות הבקרה ובדגימות וסינון נתונים בסוזוקי גלשו במהרה למחוזות ה-"אל תדפיס את זה". אבל בהחלט ניתן לומר שהעניינים הופכים למדעיים למדי בנקודות מסוימות.

בממלכת בקרת האחיזה, אוקהאן חוזר על דברי חבריו מקאוואסאקי ויאמהה, "פחות כוח / קל יותר לתקן". עדיין, מערכת בקרת המנוע אמונה על הפקת עקומת כוח ליניארית ותגובת מנוע צפויה כדי לספק לרוכב את מקסימום הביטחון, תוך כדי השארת מרווח לביצוע החלקות זנב כשהרוכב מעוניין בהן.

למרות כל הטכנולוגיה שמושקעת כדי להשיג את הניצחון, אוקהאן כמו גריפיט מיאמהה מודה שלפעמים הנתונים לא משקפים את התמונה המלאה והם (הצוות הטכני) נסמכים במצבים אלה על הרגשת הרוכב. כמו בקאוואסאקי גם סוזוקי משתמשים בשיטת "חצי חצי". מערכת רכב-על-חוט שעושה שימוש בכבל פיזי שמחבר את המצערת ליחידת השליטה ואמור לספק לרוכב תחושת חיבור סטנדרטית ולא סטרילית מידי. ישנה השפעה מתמדת בין "תחושה" ל"מידתיות" וקבוצות המרוצים השונות של סוזוקי הן ב-GP והן בסופרבייק משתמשות במתודות שונות וחולקות ביניהן מידע.

"2D מערכות" - גישת הקוד הפתוח

תחנה אחרונה אצל דרק דיבוס, מייסד חברת "2D מערכות" ספקית מרכזית של מערכות ניתור מידע, חיישנים ושאר אלקטרוניקה לקבוצות ה-GP. רוכב מרוצים פעיל ובוגר למדעי המחשב. את החברה הקים דיבוס לאחר שהשקיע עצמאית בבניית מערכות אלקטרוניות לשיפור ביצועי אופנועו הפרטי ולימים הפך לבעלים של החברה יחד עם ריינר דיאבולד.

דיבוס מדבר על אתגרי הניתור בסביבה בה פועלים וויברציות, רעש וכוחות המגיעים לרמות של 30-G. שמאיימים תדיר להאפיל על האותות הנדרשים.

דיבוס מציין את הצורך במעבר לשיטת קוד פתוח ואת האינטרס של החברות ברכיבים קריטיים וייעודיים זהים. גם החיישנים וגם מערכות התצוגה לרוכב, חברת 2D צריכה לעבוד עם יצרנים שונים כמו מגנטי מארלי, הונדה מיצובישי ואחרים. וגמישות העיצוב ותכנון הממשק הוא המפתח לשירות כלל החברות. עבודה ביחס אות-רעש של 1:20 דורשת תשומת לב רבה בבחירת הרכיבים בהם נעשה שימוש, יחד עם תוכנה חכמה. כשנשאל איזה חיישני תאוצה וג'ירוסקופים עובדים הכי טוב, דבוס לא נקב בשמות, אבל ציין שרכיבים מתוצרת גרמניה הם האמינים ביותר ובהם הוא עושה שימוש.

כשנשאל דבוס " עם מה הכי קשה לך להתמודד?" הוא ענה בזריזות: "עם הרוכבים!". בתור מהנדס דבוס (אופן מובן) נאבק בפידבקים "האנושיים" וגחמות הרוכבים, אך היותו רוכב בעצמו מעניקה לו זווית ראיה נוספת ואוליי לגיטימציה לטענה זו.

מה שבטוח הוא שרב הנסתר על הגלוי ...

זום אווט
בפרספקטיבה של תום עונה כשהתוצאות ידועות, והשפעות האלקטרוניקה, הגישות והשיטות בהן נוקטות קבוצות שונות טיפה יותר בהירות, כנראה שאין מנוס בעידן הנוכחי של ה-GP משימוש כבד ומלא בא.

מערכות השליטה והבקרה האלקטרוניות מעניקות הלכה למעשה ייתרון גדול לאלה שמצויידים בהן, ועושים בהם שימוש אופטימאלי.

כנראה שהגישה "הנוסטאלגית" בא מאמינים [עדיין] ברוכב ומעניקים לו שליטה מסויימת ללא התערבות אלקטרונית קורסת נוכח השליטה והייתרון בקבוצות "אלקטרוניות" שמתבטאים במהירות הקפה, גובה דירוג, וניצחונות.

כנראה שהמעבר לצמיג יחיד עדיין לא יפתור את בעיית התחרותיות שמאיימת על הסידרה. ואת התפקיד המרכזי ימשיכו לתפוס חנונים ממושקפים עם לפטופים.. ((-;