الملخص:
إن تكنولوجيا الصواريخ SpaceX ليست هي الورقة الرابحة لـ "السيارة المسرعة" Roadster
. شرحت شركة Tesla Engineering رقم 1 للتو جميع التفاصيل الفنية في برنامج مدونة: نظام حقن الصواريخ، وكوب الشفط ذو التأثير الأرضي، وجسم التشوه النشط... وتم الكشف عنها لأول مرة:تتوفر أيضًا تقنية الروبوت الآلي Tesla Optimus على السيارة
.
تقنية روكيت السوداء كيف تعمل على السيارة؟
أولاً وقبل كل شيء، دعونا نقدم بإيجاز
لارس مورافي، الموجود في البودكاست
تخرج من جامعة نورث وسترن في الهندسة الميكانيكية، وكان مسؤولاً عن نظام تعليق الهيكل في شركة هوندا لفترة طويلة في سنواته الأولى. عندما انضم إلى شركة Tesla في عام 2010، بدأ العمل في نظام تعليق الهيكل وشق طريقه حتى وصل إلى منصبه الحالي كنائب رئيس شركة Tesla، رقم 1 في هندسة المركبات.
تدور كل نتاجاته حول سؤال واحد: إذا كانت السيارة سريعة بالفعل لدرجة أن الناس يشككون في الحياة، فكيف يمكن للخطوة التالية أن تتجاوز الحد؟
لقد أوضحت لك شركة Qubit Robo من قبل أن سيارة Roadster تستخدم نظام دفع يعمل بالغاز البارد عالي الضغط تم تطويره بالاشتراك مع شركة SpaceX. لا تحتاج إلى حرق الوقود الدافع لإنتاج غاز بدرجة حرارة عالية. يعتمد بشكل أساسي على الإطلاق السريع للغاز عالي الضغط من خلال الفوهة ويستخدم قوة رد الفعل لدفع السيارة.
هذه المجموعة من المبادئ ليست غريبة على مجال الطيران، وهي قوة الفعل وقوة رد الفعل.
تحتاج السيارة أولاً إلى نظام تخزين الغاز عالي الضغط - COPV، والذي يمكنه تخزين النيتروجين بضغط يصل إلى 10000 رطل لكل بوصة مربعة، أي ما يقرب من 68.9 ميجا باسكال. يبلغ ضغط إطارات سيارات الركاب العادية عادةً بضع مئات من الكيلوباسكال فقط، أي بفارق قدره مرتبتين.
يتجاوز دفع النظام الذي قدمه مورافي 80 كيلو نيوتن، وهو ما يعادل حوالي 8.2 طن من القوة عند تحويله إلى وحدة مألوفة أكثر.
—— أي ما يعادل قوة دفع محرك MiG-29 RD-33 مع تشغيل الحارق اللاحق——تتسارع نسخة الأداء من صفر إلى 100 ثانية في حوالي 1.6 ثانية، وتستغرق نسخة Thrust حوالي 0.85 ثانية، وتدعي نسخة Rocket أنها تصل إلى 0.55 ثانية.
إن هذا النوع من أداء القوة المرعب ليس في الواقع شيئًا يمكن تحقيقه من خلال صناعات السيارات التقليدية مثل محركات الاحتراق الداخلي والمحركات الكهربائية. وتساعده قاذفات الصواريخ خلفه.
ما يحدد الدفع يشمل معدل تدفق كتلة الغاز، وبنية الفوهة، ودرجة حرارة الغاز وضغطه، وسرعة فتح الصمام.
لأول مرة، أوضح المسؤولون أن النظام لا يزال متصلاً بالإنترنت حتى على أرض الواقع
:هذا هو التحكم في الحلقة المغلقة وراء ذلك: قياس الحالة، وحساب الانحراف، وتطبيق التحكم، ثم تصحيحه بشكل مستمر بناءً على ردود الفعل.
إذا كانت السيارة تريد الحفاظ على موقف مستقر عند التسارع، فيجب عليها أن تأخذ في الاعتبار العلاقة بين خط الدفع ومركز كتلة السيارة؛ وإذا أراد أيضًا التحكم في الانعراج والميل، فإنه يتطلب فوهات في اتجاهات مختلفة للعمل معًا.
لذلك تتضمن خطة الدفع فوهات في الزوايا الأربع للجسم وفوهة أمامية للتحكم في الانحراف.
بأخذ تقليب الصاروخ كمثال، يحدد النظام أولاً الوضع الحالي وسرعة دوران جسم الصاروخ، ويحسب عزم الدوران الذي يجب تطبيقه، ثم يتحكم في حقن الهواء البارد المقابل. بعد أن يبدأ جسم الصاروخ في الدوران، تستمر وحدة IMU في الاستجابة لحالة الدوران الجديدة، ويقوم الكمبيوتر بضبط توقيت الحقن ومدته وفقًا لذلك؛ عند الاقتراب من وضع الهدف، يحتاج النظام إلى تقليل الدفع، وإذا لزم الأمر، تطبيق عزم دوران عكسي لإبطاء جسم الصاروخ وإيقافه عند زاوية الهدف.
لذلك، فإن الأساس الوحيد هو أن المروحة يمكنها إنتاج الدفع. ما يسمح للصاروخ بالانقلاب بدقة هو القياس المستمر لنظام التحكم لحالة جسم الصاروخ وقدرته على ضبط الدفع في الوقت الفعلي بناءً على ردود الفعل.
تستخدم سيارة رودستر أجهزة الدفع لإكمال تعديلات مماثلة على الوضع في الهواء. يحتاج منطق التحكم أيضًا إلى حل نفس النوع من المشكلات: تحديد الوضع وسرعة دوران جسم السيارة في الوقت الفعلي، وتنسيق الفوهات في مواضع مختلفة لتوليد القوة الناتجة وعزم الدوران المطلوبين، وإيقاف الدوران في الوقت المناسب عند الوصول إلى الموقف المستهدف.
يمكن الاستدلال بشكل أساسي على أن Roadster تستخدم نفس الإطار الفني الأساسي الذي تستخدمه SpaceX، ولكن تم إعادة تكييفه بناءً على الخصائص الفيزيائية وتصميم الفوهة للمركبة نفسها.
في هذه المرحلة، تم توضيح جذور أجهزة المروحة وخوارزمية التحكم في الموقف للسيارة الخارقة الطائرة رودستر.
اعتقد الناس عمومًا أن هذا هو كل أسرار رودستر، حتى تفاجأ مورافي وكشف عن تقنية سوداء أخرى——
المكونات الرئيسية للذكاء المتجسد موجودة أيضًا
يبدو الأمر متقلبًا بعض الشيء للوهلة الأولى.
يجب على الروبوتات أن تخطو وتقف وتعدل وضعيتها، بينما يتعين على السيارات السفر بسرعات عالية. بيئات العمل للمنتجين مختلفة جدًا.
ولكن من وجهة نظر المشغلين، هناك شيء واحد مشترك بينها: فهي تحتاج جميعًا إلى التحكم بدقة في موضع وحركة المكونات الميكانيكية والاستجابة في الوقت المناسب عندما يتغير الحمل.
تحتاج مفاصل أرجل الروبوتات التي تشبه البشر إلى تحمل قوى التأثير الهائلة على الفور عند المشي والقفز.
يتمتع بطبيعة الحال بمزايا كثافة الطاقة العالية، وإخراج عزم الدوران الضخم، والاستجابة على مستوى المللي ثانية
.
قامت تسلا بإعادة استخدام هذا المكون الأساسي للروبوت في السيارة الفائقة، الأمر الذي لم يحل مشكلة التحكم في ظل الأحمال الميكانيكية الشديدة فحسب، بل أظهر أيضًا إمكانية إعادة الاستخدام النهائية للأجهزة الأساسية التي طورتها تسلا ذاتيًا عبر خطوط الإنتاج.
التطبيق الأول هو ضبط الجناح الخلفي بشكل فعال
: عند السرعة العالية القصوى البالغة 200 ميل في الساعة، يحتاج الجناح الخلفي الديناميكي الهوائي النشط إلى تحمل مقاومة الرياح الهائلة والقوة الضاغطة التي تصل إلى عدة آلاف من نيوتن.لكن المحركات الصغيرة للسيارات العادية لا يمكنها ببساطة تعديل الوضع بسرعة تحت مثل هذا الحمل الميكانيكي الضخم.
تستعير تسلا مباشرة محركات عزم الدوران العالي من أرجل الروبوت أوبتيموس لتحريك الجناح الخلفي بقوة، وتضيف آلية قفل الفرامل الميكانيكية الإضافية (الفرامل)، والتي تسمح للجناح الخلفي ليس فقط بالتبديل بين وضع القوة السفلية العالية (وضع القوة السفلية العالية) ووضع السحب المنخفض (وضع السحب المنخفض) بدقة ميلي ثانية، ولكن أيضًا يتم قفله بقوة تحت تأثير تدفق الهواء الشديد.
التطبيق الثاني هو
صمامات غاز دقيقة عالية الضغط تتحكم في نظام حقن الهواء البارد الخاص بشركة SpaceX
.يصل ضغط الهواء الداخلي إلى 10,000 رطل لكل بوصة مربعة. على الرغم من أن تصميم الهيكل السائل للصمام نفسه مستمد بالفعل من SpaceX، إلا أنه في البيئة الأرضية، من الضروري دفع صمام الغاز لفتحه وضبطه بدقة بحيث يمكنه تحمل ضغط يصل إلى 10000 رطل لكل بوصة مربعة في المللي ثانية، الأمر الذي يتطلب عزم دوران قيادة عاليًا للغاية.
لذلك قدمت تسلا مرة أخرى مشغل ساق أوبتيموس للتحكم في فتح وإغلاق وضغط صمام الضغط العالي، وبالتالي تحقيق تحكم محسن في تدفق الهواء النفاث الأسرع من الصوت ودفع المتجهات.
ما هي الإنجازات الأخرى الموجودة في هيكل Roadster وSanden؟
تعتبر أنظمة دفع الصواريخ والمحركات الآلية مسؤولة عن خلق شعور بالانتعاش ودفع حدود فيزياء السيارات.
لكن أساس أدائها لا يزال يعتمد على المحرك الكهربائي والهيكل والإطارات لدعمها.
لا يزال هناك الكثير من الابتكارات في الهيكل والمكونات الكهربائية الثلاثة.
أولاً وقبل كل شيء، لا تحتوي سيارة رودستر على نظام دفع رباعي متعدد المحركات، ولكنها تستخدم تصميم محرك مزدوج للعجلات الخلفية. وتتجاوز الطاقة الإجمالية المعلن عنها رسميًا 1 ميجاوات، ويتجاوز عزم الدوران 1400 نيوتن متر. بفضل آلية تقليل التروس الكوكبية ونسبة التخفيض التي تبلغ حوالي 8.4:1، يمكن للسيارة ضبط القوة الدافعة للعجلات الخلفية اليسرى واليمنى بشكل مستقل.
يوفر ذلك مزيدًا من التحكم في توزيع الطاقة في الزوايا.
فيما يتعلق بالبطارية، تستخدم رودستر 4680 خلية، وغطاء خلية من الألومنيوم وتصميم تبريد مزدوج الجوانب، وتستخدم منصة عالية الجهد تبلغ حوالي 800 فولت.
إن أهمية التبريد على الوجهين واضحة نسبيًا: حيث يساعد منح قلب البطارية المزيد من مسارات تبديد الحرارة على تحسين نقل الحرارة وتوحيد درجة الحرارة. بالنسبة للسيارات الكهربائية عالية الأداء، يعد هذا أمرًا مهمًا لأن البطارية والمحرك الكهربائي يولدان الكثير من الحرارة عند إخراج طاقة عالية، وسيؤثر التحكم في درجة الحرارة على ما إذا كان النظام يمكنه العمل بشكل مستقر.
أما بالنسبة للشحن لمدة 10 دقائق، فإن التأثير النهائي يعتمد أيضًا على سعة البطارية ومنحنى الشحن ودرجة الحرارة المحيطة وقدرة الإخراج الفعلية لجهاز الشحن.
يجب أن يواجه الهيكل مشكلة حقيقية أخرى: كلما كان الأداء أكثر جذرية، كلما زادت حاجة الجسم للتحكم في الوزن والوضعية.
الوزن المستهدف للمركبة الذي تحدده البيانات الموجودة أقل من 1700 كجم
; بعد الدخول في وضع المسار، يمكن أيضًا خفض نظام التعليق بحوالي 40 ملم وضبط الصلابة.يساعد الجزء السفلي من الجسم وإعدادات التعليق الأكثر إحكامًا في التحكم في حركات الجسم، لكن الأداء النهائي لا يزال يتحدد من خلال الضبط العام للسيارة.
الخطوة التالية هي ابتكار رودستر الأكثر إبداعًا:
الديناميكيات الهوائية النشطة
.يعتمد الجناح الخلفي والشاسيه وشكل جسم السيارة بشكل أساسي على الحركة النسبية بين السيارة والهواء لتوليد القوة الضاغطة.
كلما زادت السرعة، أصبح التأثير الديناميكي الهوائي أكثر وضوحًا، لذلك
تم تجهيز رودستر أيضًا بأجنحة أمامية قابلة للتعديل، وحارفات هواء جانبية وأجنحة خلفية نشطة
، محاولة ضبط تدفق الهواء وفقًا للسرعات وظروف القيادة المختلفة - المشغل هو نفس نموذج الذكاء المتجسد المذكور سابقًا.البيان الرسمي هو أن السيارة يمكنها الحصول على ما يصل إلى حوالي 2 جيجا من القوة الضاغطة بسرعات تتجاوز 200 ميل في الساعة.
ومع ذلك، يصف 2G هنا العلاقة بين القوة الضاغطة ووزن السيارة. لا يمكن أن يُفهم بشكل مباشر أنه يعني أن السيارة يمكنها تحمل التسارع الجانبي 2G عند المنعطفات.
لا تزال السرعة التي يمكن للمركبة أن تنعطف بها محدودة بعوامل مثل الإطارات وسطح الطريق والتعليق والتحكم في السيارة.
إن المجموعة الديناميكية الهوائية التي يمكن تعديلها بشكل فعال تحل في الواقع مشكلة القبضة "السلبية"، وهي متطلبات الأداء في ظل تدفق الهواء عالي السرعة.
لكن الرودستر تريد أيضًا الحصول على تماسك أقوى عند السرعات المنخفضة، مما يؤدي إلى نظام المروحة الموجود أسفل السيارة.
وكشف مورافي أن الهيكل مزود بأربع مراوح تبلغ قوتها حوالي 20 كيلووات، ويتم التحكم في تدفق الهواء أسفل السيارة من خلال تنانير مستقلة.
تقوم المروحة بسحب الهواء الموجود أسفل الهيكل، مما يخلق فرقًا في الضغط بين الجزء السفلي من السيارة والعالم الخارجي، وبالتالي الضغط على جسم السيارة في اتجاه الطريق. ونظرًا لأن هذه الآلية لا تعتمد بشكل كامل على سرعة السيارة، فمن الممكن نظريًا توفير قوة سفلية إضافية عند السرعات المنخفضة.
ومع ذلك، لا يمكن تحويل قوة المروحة مباشرة إلى قوة سفلية. وتتأثر النتائج الفعلية أيضًا بفارق الضغط، وتدفق الهواء، وختم الحواف، وظروف سطح الطريق، وحركة التعليق. ستجلب المروحة أيضًا وزنًا إضافيًا واستهلاكًا للطاقة وعبءًا لإدارة الحرارة، لذا فإن كيفية العمل مع الجناح الخلفي النشط هي المشكلة الحقيقية التي يحتاج الحل بأكمله إلى حلها.
بالنظر إلى هذه التقنيات معًا، تصبح فكرة Roadster أكثر وضوحًا:
يعتبر نظام الدفع الكهربائي مسؤولاً عن إنتاج الطاقة المستمر، والمكونات الديناميكية الهوائية النشطة هي المسؤولة بشكل أساسي عن القيادة بسرعة عالية، وتحاول المروحة تعويض القوة الضاغطة عند السرعات المنخفضة، ويوفر نظام الدفع بالهواء البارد قوة دفع إضافية قصيرة المدى.
كيف تعمل هذه التقنيات معًا في عدة سيناريوهات متطرفة؟
دعونا نلقي نظرة على بدء التسارع أولاً. تعد المحركات المزدوجة الموجودة على العجلات الخلفية مسؤولة عن نقل الطاقة إلى الطريق، ويحاول نظام الدفع بالهواء البارد توفير قوة دفع إضافية في فترة زمنية قصيرة. يحتاج النظامان إلى تنسيق توقيت الإخراج واتجاهه لتجنب تغيرات موقف السيارة التي لا يمكن السيطرة عليها أثناء التسارع.
عندما يتعلق الأمر بالمنعطفات عالية السرعة، يلعب الجناح الخلفي النشط وهيكل انحراف الجسم دورًا لمساعدة السيارة على بناء القوة الضاغطة؛ كما يوفر التحكم المستقل في القوة الدافعة للعجلات الخلفية اليسرى واليمنى مساحة أكبر لضبط وضع السيارة. إذا كانت السيارة تعمل بسرعات منخفضة، فإن المراوح السفلية لديها الفرصة لتكملة الديناميكيات الهوائية التقليدية.
انظر مرة أخرى إلى عملية الاقتراب من قمة المنعطف بعد الكبح بسرعة عالية. مع انخفاض سرعة السيارة، ستضعف أيضًا القوة الضاغطة الناتجة عن الجناح الخلفي الذي يعتمد على تدفق الهواء. يمكن لنظام المروحة نظريًا الاستمرار في توفير قدر معين من قوة الامتزاز في هذه المرحلة. ولكن ما إذا كان يمكن أن يعمل بثبات في القيادة الحقيقية يعتمد على سرعة استجابة النظام، والتعاون بين الحافة وسطح الطريق، واستراتيجية التحكم في السيارة.
أما بالنسبة للارتفاع قصير المدى عن الأرض، فإن نظام الدفع المكيف هو بلا شك الجزء الأكثر لفتًا للانتباه. ومع ذلك، فإن توليد قوة دفع كافية للأعلى ليس سوى شرط أساسي لإنزال السيارة عن الأرض. تحتاج السيارة أيضًا إلى التحكم في درجة الميل والانحراف والتدحرج والتعامل مع تغيرات الموقف بعد مغادرة الأرض وتأثير الهبوط. واستنادًا إلى بيانات ذروة الدفع وحدها، من المستحيل الحكم على ما إذا كانت المركبة قادرة على إكمال هذه العملية بشكل متكرر وثابت.
تظهر هذه المشاهد أيضًا أن الحل التقني الذي تقدمه رودستر لا يقتصر فقط على وضع عدة مكونات عالية الأداء في نفس السيارة. يختلف وقت العمل وسرعة التحكم وظروف العمل للمكونات المختلفة. إن كيفية دمجها في نظام مركبة موثوق به هو مفتاح التنفيذ الهندسي.
شيء آخر
س: ما مدى قوة ضرطة " ماسك "؟
والآن هناك إجابة رسمية: قوة دفع تعادل 8.1 طن.
وهي بيانات موثوقة أكدها لاو ما نفسه.
حققت Roadster نجاحًا كبيرًا، وكان الناس من جميع مناحي الحياة يناقشونها، بما في ذلك LeCun، أحد عمالقة التعلم العميق الثلاثة المألوف جدًا لقراء Qubit لدينا. وشكك في كفاءة طريقة الدفع في رودستر وهاجم بشكل مباشر:
لم يقدم لاو ما أي بيانات منطقية، لكنه أجاب مباشرة:
سأفجر مؤخرتك
:
وفقًا لبيانات تسلا الرسمية، نعلم الآن أن قوة دفع هذه الريح تبلغ 8.1 طن، لذلك قام ليكون بالهجوم المضاد:
"هذه الريح سوف تطيح بك من قدميك."
التعليقات