Zusammenfassung:
Die Raketentechnologie von SpaceX ist nicht der einzige Trumpf des „rasenden Autos“ Roadster
. Tesla Engineering No. 1 hat gerade in einem Blog-Programm alle technischen Details erklärt: Raketeninjektionssystem, Bodeneffekt-Saugnapf, aktiver Deformationskörper ... und erstmals verraten:Die Technologie von Teslas humanoidem Roboter Optimus steckt auch im Auto
.
Die schwarze Technologie von Rocket, wie funktioniert man am Auto?
Lassen Sie uns zunächst kurz
Lars Moravey vorstellen, der im Podcast mitwirkt
, schloss sein Maschinenbaustudium an der Northwestern University ab und war in seinen frühen Jahren lange Zeit für das Fahrwerksaufhängungssystem bei Honda verantwortlich. Als er 2010 zu Tesla kam, begann er mit der Arbeit an der Fahrwerksaufhängung und arbeitete sich bis zu seiner aktuellen Position als Vizepräsident von Tesla, Nr. 1 in der Fahrzeugtechnik, hoch.
Alle seine Arbeiten drehen sich um eine Frage: Wenn ein Auto bereits so schnell ist, dass Menschen an seinem Leben zweifeln, wie kann dann der nächste Schritt das Limit überschreiten?
Qubit Robo hat Ihnen bereits erklärt, dass der Roadster ein von SpaceX mitentwickeltes Hochdruck-Kaltgas-Antriebssystem verwendet. Es muss kein Treibmittel verbrannt werden, um Hochtemperaturgas zu erzeugen. Es beruht hauptsächlich auf der schnellen Freisetzung von Hochdruckgas durch die Düse und nutzt die Reaktionskraft, um das Fahrzeug anzutreiben.
Diese Reihe von Prinzipien ist in der Luft- und Raumfahrt kein Unbekannter, nämlich Aktionskraft und Reaktionskraft.
Das Fahrzeug benötigt zunächst ein Hochdruck-Gasspeichersystem (COPV), das Stickstoff mit einem Druck von bis zu 10.000 PSI, was etwa 68,9 MPa entspricht, speichern kann. Der Reifendruck gewöhnlicher Pkw beträgt meist nur wenige Hundert Kilopascal, ein Unterschied von zwei Größenordnungen.
Der von Moravy angegebene Systemschub übersteigt 80 kN, was bei Umrechnung in eine bekanntere Einheit etwa 8,2 Tonnen Kraft entspricht.
——Entspricht dem Schub eines MiG-29 RD-33-Triebwerks mit eingeschaltetem Nachbrenner——Die Performance-Version beschleunigt in etwa 1,6 Sekunden von null auf 100 Sekunden, die Thrust-Version benötigt etwa 0,85 Sekunden und die Rocket-Version soll 0,55 Sekunden erreichen.
Diese Art von erschreckender Leistung ist in der Tat nichts, was traditionelle Automobilindustrien wie Verbrennungsmotoren und Elektromotoren erreichen können. Es wird von Raketentriebwerken dahinter unterstützt.
Zu den Faktoren, die den Schub bestimmen, gehören die Gasmassenströmungsrate, die Düsenstruktur, die Gastemperatur und der Gasdruck sowie die Ventilöffnungsgeschwindigkeit.
Zum ersten Mal haben Beamte deutlich gemacht, dass das System auch vor Ort noch online ist
:Das ist der geschlossene Regelkreis dahinter: Zustandsmessung, Abweichungsberechnung, Regelung und anschließende kontinuierliche Korrektur auf Basis von Rückmeldungen.
Wenn das Fahrzeug beim Beschleunigen eine stabile Lage beibehalten möchte, muss es die Beziehung zwischen der Schubwirkungslinie und dem Massenschwerpunkt des Fahrzeugs berücksichtigen; Wenn es auch Gieren und Nicken steuern will, sind Düsen in unterschiedlichen Richtungen erforderlich, die zusammenarbeiten.
Der Antriebsplan umfasst also Düsen an den vier Ecken des Körpers und eine vordere Düse zur Gierkontrolle.
Am Beispiel des Raketendrehens ermittelt das System zunächst die aktuelle Lage und Rotationsgeschwindigkeit des Raketenkörpers, berechnet das aufzubringende Drehmoment und steuert dann die entsprechende Kaltluft-Triebwerkseinspritzung. Nachdem sich der Raketenkörper zu drehen beginnt, gibt die IMU weiterhin Rückmeldung über den neuen Rotationszustand und der Computer passt den Zeitpunkt und die Dauer der Einspritzung entsprechend an. Bei Annäherung an die Ziellage muss das System den Schub reduzieren und gegebenenfalls ein Gegendrehmoment anwenden, um den Raketenkörper abzubremsen und im Zielwinkel anzuhalten.
Daher ist es nur die Grundlage dafür, dass der Propeller Schub erzeugen kann. Was das präzise Umkippen der Rakete wirklich ermöglicht, ist die kontinuierliche Messung des Status des Raketenkörpers durch das Steuerungssystem und seine Fähigkeit, den Schub auf der Grundlage von Rückmeldungen in Echtzeit anzupassen.
Der Roadster verwendet Triebwerke, um ähnliche Fluglagenanpassungen in der Luft durchzuführen. Die Steuerlogik muss auch die gleichen Probleme lösen: die Lage und Rotationsgeschwindigkeit der Karosserie in Echtzeit bestimmen, die Düsen an verschiedenen Positionen koordinieren, um die erforderliche resultierende Kraft und das erforderliche Drehmoment zu erzeugen, und die Drehung rechtzeitig stoppen, wenn die Ziellage erreicht ist.
Grundsätzlich lässt sich ableiten, dass Roadster das gleiche technische Grundgerüst wie SpaceX verwendet, jedoch anhand der physikalischen Eigenschaften und der Düsenanordnung des Fahrzeugs selbst neu angepasst wurde.
An diesem Punkt wurden die Wurzeln der Propellerhardware und des Lagekontrollalgorithmus des fliegenden Supersportwagens Roadster geklärt.
Die Leute dachten im Allgemeinen, dass dies alle Geheimnisse von Roadster seien, bis Moravey überrascht wurde und eine weitere schwarze Technologie enthüllte——
Schlüsselkomponenten der verkörperten Intelligenz sind ebenfalls an Bord
Auf den ersten Blick wirkt es etwas nervös.
Roboter müssen treten, stehen und ihre Haltung anpassen, während Autos mit hoher Geschwindigkeit fahren müssen. Die Arbeitsumgebungen der beiden Produkte sind sehr unterschiedlich.
Aber aus der Sicht der Aktoren haben sie eines gemeinsam: Sie alle müssen die Position und Bewegung mechanischer Komponenten genau steuern und rechtzeitig reagieren, wenn sich die Last ändert.
Die Beingelenke humanoider Roboter müssen enormen Aufprallkräften beim Gehen und Springen sofort standhalten.
Es bietet natürlich die Vorteile einer hohen Leistungsdichte, eines enormen Drehmoments und einer Reaktion im Millisekundenbereich
.
Tesla hat diese Kernkomponente des Roboters im Supersportwagen wiederverwendet, was nicht nur das Steuerungsproblem unter extremen mechanischen Belastungen löste, sondern auch die ultimative Wiederverwendbarkeit der von Tesla selbst entwickelten zugrunde liegenden Hardware über alle Produktlinien hinweg demonstrierte.
Die erste Anwendung besteht darin, den Heckspoiler aktiv zu verstellen
: Bei der extrem hohen Geschwindigkeit von 200 Meilen pro Stunde muss der aktive aerodynamische Heckflügel einem enormen Windwiderstand und einem Abtrieb von bis zu mehreren tausend Newton standhalten.Aber die kleinen Motoren gewöhnlicher Autos können die Lage unter einer so großen mechanischen Belastung einfach nicht schnell anpassen.
Tesla übernimmt die drehmomentstarken Aktuatoren direkt von den Beinen des humanoiden Roboters Optimus, um den Heckflügel kraftvoll anzutreiben, und fügt einen zusätzlichen mechanischen Bremsverriegelungsmechanismus (Brake) hinzu, der es dem Heckflügel nicht nur ermöglicht, mit Millisekundenpräzision zwischen dem Modus mit hohem Abtrieb (High Downforce Mode) und dem Modus mit geringem Luftwiderstand (Low Drag Mode) zu wechseln, sondern auch bei extremen Luftströmungseinflüssen fest zu arretieren.
Die zweite Anwendung sind
präzise Hochdruck-Gasventile, die das Kaltluftinjektionssystem von SpaceX steuern
.Der interne Luftdruck beträgt bis zu 10.000 PSI. Obwohl das Fluidstrukturdesign des Ventils selbst tatsächlich von SpaceX abgeleitet ist, ist es in der Bodenumgebung notwendig, ein Gasventil aufzudrücken und genau abzustimmen, das einem Druck von 10.000 PSI in Millisekunden standhalten kann, was ein extrem hohes Antriebsdrehmoment erfordert.
Deshalb führte Tesla erneut den Optimus-Beinaktuator ein, um das Öffnen, Schließen und den Hub des Hochdruckventils zu steuern und so eine verfeinerte Steuerung des Überschallstrahl-Luftstroms und des Vektorschubs zu erreichen.
Welche weiteren Durchbrüche gibt es beim Roadster-Chassis und beim Sanden?
Raketenantriebe und Roboteraktuatoren sind dafür verantwortlich, ein Gefühl der Frische zu erzeugen und die Grenzen der Automobilphysik zu verschieben.
Aber seine Leistungsgrundlage basiert immer noch auf dem elektrischen Antrieb, dem Fahrwerk und den Reifen, die ihn unterstützen.
Es gibt noch viele Neuerungen beim Fahrwerk und den drei elektrischen Komponenten.
Erstens verfügt der Roadster nicht über einen Mehrmotoren-Allradantrieb, sondern verwendet eine Hinterrad-Doppelmotoren-Anordnung. Die offiziell angegebene Gesamtleistung beträgt über 1 MW und das Drehmoment übersteigt 1400 Nm. Mit dem Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus und einem Untersetzungsverhältnis von etwa 8,4:1 kann das Fahrzeug die Antriebskraft der linken und rechten Hinterräder unabhängig voneinander anpassen.
Dies bietet eine bessere Kontrolle über die Stromverteilung in Ecken.
In Bezug auf die Batterie verwendet der Roadster 4680 Zellen, ein Aluminium-Zellengehäuse und ein doppelseitiges Kühldesign sowie eine Hochspannungsplattform von etwa 800 V.
Die Bedeutung der doppelseitigen Kühlung ist relativ einfach: Wenn dem Batteriekern mehr Wärmeableitungspfade gegeben werden, verbessert sich die Wärmeübertragung und die Temperaturgleichmäßigkeit. Bei leistungsstarken Elektrofahrzeugen ist dies wichtig, da Batterie und Elektroantrieb bei hoher Leistung viel Wärme erzeugen und die Temperaturregelung einen Einfluss darauf hat, ob das System stabil arbeiten kann.
Wie beim 10-minütigen Laden hängt der Endeffekt auch von der Akkukapazität, der Ladekurve, der Umgebungstemperatur und der tatsächlichen Ausgangsleistung des Ladegeräts ab.
Das Fahrwerk muss sich einem weiteren echten Problem stellen: Je radikaler die Leistung, desto mehr muss der Körper das Gewicht und die Körperhaltung kontrollieren.
Das nach vorliegenden Daten angestrebte Fahrzeuggewicht liegt unter 1700 kg
; Nach dem Einstieg in den Track-Modus lässt sich das Fahrwerk zudem um ca. 40 mm absenken und die Steifigkeit anpassen.Die niedrigere Karosserie und die strafferen Federungseinstellungen helfen bei der Kontrolle der Karosseriebewegungen, aber die endgültige Leistung wird immer noch von der Gesamtabstimmung des Fahrzeugs bestimmt.
Der nächste Schritt ist die einfallsreichste Innovation des Roadster:
Aktive Aerodynamik
.Der Heckflügel, das Fahrgestell und die Karosserieform eines Autos beruhen hauptsächlich auf der Relativbewegung zwischen dem Fahrzeug und der Luft, um Abtrieb zu erzeugen.
Je höher die Geschwindigkeit, desto deutlicher ist der aerodynamische Effekt. Daher ist
der Roadster außerdem mit verstellbaren vorderen Kotflügeln, seitlichen Luftabweisern und aktiven hinteren Kotflügeln ausgestattet
Dabei wird versucht, den Luftstrom an unterschiedliche Geschwindigkeiten und Fahrbedingungen anzupassen – der Aktuator ist das gleiche Modell wie die zuvor erwähnte verkörperte Intelligenz.Die offizielle Aussage besagt, dass das Fahrzeug bei Geschwindigkeiten über 200 Meilen pro Stunde einen Abtrieb von bis zu etwa 2G erreichen kann.
Allerdings beschreibt der 2G hier den Zusammenhang zwischen Abtrieb und Fahrzeuggewicht. Es kann nicht direkt so verstanden werden, dass das Auto einer Querbeschleunigung von 2G bei Kurvenfahrt standhalten kann.
Wie schnell ein Fahrzeug Kurven fahren kann, wird immer noch durch Faktoren wie Reifen, Straßenoberfläche, Federung und Fahrzeugkontrolle begrenzt.
Das aktiv einstellbare Aerodynamik-Kit löst tatsächlich das Problem des „passiven“ Grips, der Leistungsanforderung bei hohem Luftstrom.
Der Roadster möchte aber auch bei niedrigen Geschwindigkeiten stärkeren Grip erreichen, was zum Lüftersystem unter dem Auto führt.
Moravey gab bekannt, dass das Chassis mit vier Lüftern mit etwa 20 kW ausgestattet ist und der Luftstrom unter dem Auto durch unabhängige Schürzen gesteuert wird.
Der Lüfter saugt die Luft unter dem Chassis an, wodurch ein Druckunterschied zwischen der Unterseite des Fahrzeugs und der Außenwelt entsteht, wodurch die Karosserie gegen die Straße gedrückt wird. Da dieser Mechanismus nicht vollständig von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, kann er theoretisch bei niedrigen Geschwindigkeiten für zusätzlichen Abtrieb sorgen.
Die Lüfterleistung kann jedoch nicht direkt in Abtrieb umgewandelt werden. Die tatsächlichen Ergebnisse werden auch durch Druckdifferenz, Luftstrom, Schürzenabdichtung, Straßenoberflächenbedingungen und Federungsbewegung beeinflusst. Der Lüfter bringt außerdem zusätzliches Gewicht, Energieverbrauch und Wärmemanagementaufwand mit sich. Daher ist die Arbeit mit dem aktiven Heckflügel das eigentliche Problem, das die Gesamtlösung lösen muss.
Wenn man diese Technologien zusammen betrachtet, wird die Idee von Roadster klarer:
Der elektrische Antrieb ist für die kontinuierliche Leistungsabgabe verantwortlich, die aktiven aerodynamischen Komponenten sind vor allem für die Hochgeschwindigkeitsfahrt zuständig, der Lüfter versucht den Abtrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten auszugleichen und der Kaltluftantrieb sorgt für kurzfristigen Zusatzschub.
Wie arbeiten diese Technologien in mehreren Extremszenarien zusammen?
Sehen wir uns zunächst die Startbeschleunigung an. Für die Kraftübertragung auf die Straße sind die Doppelmotoren an den Hinterrädern zuständig, der Kaltluftantrieb versucht, in kurzer Zeit für zusätzlichen Schub zu sorgen. Die beiden Systeme müssen den Zeitpunkt und die Richtung der Ausgabe koordinieren, um unkontrollierbare Lageänderungen des Fahrzeugs während der Beschleunigung zu vermeiden.
Wenn es um schnelle Kurven geht, kommen der aktive Heckflügel und die Karosserieablenkungsstruktur ins Spiel, um dem Fahrzeug beim Aufbau von Abtrieb zu helfen; Die unabhängige Antriebskraftsteuerung des linken und rechten Hinterrads bietet zudem mehr Spielraum für die Einstellung der Fahrzeuglage. Wenn das Fahrzeug mit niedrigeren Geschwindigkeiten unterwegs ist, haben Unterbodenventilatoren die Möglichkeit, die konventionelle Aerodynamik zu ergänzen.
Sehen Sie sich noch einmal den Prozess der Annäherung an den Scheitelpunkt der Kurve nach einer Hochgeschwindigkeitsbremsung an. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, wird auch der Abtrieb, der vom Heckflügel erzeugt wird, der auf dem Luftstrom beruht, schwächer. Das Lüftersystem kann in diesem Stadium theoretisch weiterhin eine gewisse Adsorptionskraft bereitstellen. Ob es jedoch im realen Fahrbetrieb stabil funktionieren kann, hängt von der Reaktionsgeschwindigkeit des Systems, der Zusammenarbeit zwischen der Schürze und der Straßenoberfläche und der Fahrzeugsteuerungsstrategie ab.
Was das kurzfristige Abheben vom Boden angeht, ist das klimatisierte Antriebssystem zweifellos der auffälligste Teil. Allerdings ist die Generierung von genügend Aufwärtsschub nur eine Voraussetzung, um das Fahrzeug in die Luft zu bringen. Das Fahrzeug muss außerdem Nick-, Gier- und Rollbewegungen kontrollieren und Lageänderungen nach dem Verlassen des Bodens und dem Aufprall bei der Landung bewältigen können. Allein anhand der Spitzenschubdaten lässt sich nicht beurteilen, ob das Fahrzeug diesen Vorgang wiederholt und stabil abschließen kann.
Diese Szenen zeigen auch, dass es bei der technischen Lösung von Roadster nicht nur darum geht, mehrere Hochleistungskomponenten in ein und dasselbe Auto zu integrieren. Die Einwirkzeit, Regelgeschwindigkeit und Arbeitsbedingungen verschiedener Komponenten sind unterschiedlich. Ihre Integration in ein zuverlässiges Fahrzeugsystem ist der Schlüssel zur technischen Umsetzung.
Noch etwas
F: Wie stark ist Musks Furz?
Jetzt gibt es eine offizielle Antwort: äquivalenter Schub von 8,1 Tonnen.
Und es handelt sich um maßgebliche Daten, die von Lao Ma selbst bestätigt wurden.
Roadster wurde ein großer Hit und Menschen aus allen Gesellschaftsschichten diskutierten darüber, darunter auch LeCun, einer der drei Giganten des Deep Learning, der unseren Qubit-Lesern sehr vertraut ist. Er stellte die Effizienz der Antriebsmethode des Roadsters in Frage und griff Folgendes direkt an:
Lao Ma präsentierte keine sinnvollen Daten, sondern antwortete direkt:
Ich blase dir den Arsch weg
:
Nach offiziellen Angaben von Tesla wissen wir jetzt, dass dieser Furz eine Schubkraft von 8,1 Tonnen hat, also hat Lecun einen Gegenangriff durchgeführt:
„Dieser Furz wird dich umhauen.“
Kommentare