Résumé :
La technologie des fusées SpaceX n'est pas l'atout du Roadster "voiture rapide"
. Tesla Engineering No. 1 vient d'expliquer tous les détails techniques dans un programme de blog : système d'injection de fusée, ventouse à effet de sol, corps à déformation active... et révèle pour la première fois :La technologie du robot humanoïde de Tesla Optimus est également présente sur la voiture
.
La technologie noire de Rocket, comment intervenir sur la voiture ?
Tout d'abord, présentons brièvement
Lars Moravey, qui est sur le podcast
, est diplômé de l'Université Northwestern en génie mécanique et a longtemps été responsable du système de suspension du châssis chez Honda au cours de ses premières années. Lorsqu'il a rejoint Tesla en 2010, il a commencé à travailler sur la suspension du châssis et a gravi les échelons jusqu'à son poste actuel de vice-président de Tesla, n°1 de l'ingénierie automobile.
Toute sa production tourne autour d'une seule question : si une voiture est déjà si rapide que les gens doutent de la vie, comment la prochaine étape peut-elle dépasser les limites ?
Qubit Robo vous a déjà expliqué que le Roadster utilise un système de propulsion à gaz froid à haute pression co-développé par SpaceX. Il n’est pas nécessaire de brûler du propulseur pour produire du gaz à haute température. Il repose principalement sur la libération rapide de gaz à haute pression à travers la buse et utilise la force de réaction pour propulser le véhicule.
Cet ensemble de principes n'est pas étranger au domaine aérospatial, à savoir la force d'action et la force de réaction.
Le véhicule a d'abord besoin d'un système de stockage de gaz à haute pression - COPV, qui peut stocker de l'azote avec une pression allant jusqu'à 10 000 PSI, soit environ 68,9 MPa. La pression des pneus des voitures particulières ordinaires n’est généralement que de quelques centaines de kilopascals, soit une différence de deux ordres de grandeur.
La poussée du système donnée par Moravy dépasse 80 kN, ce qui équivaut à environ 8,2 tonnes de force une fois convertie en une unité plus familière.
——Équivalent à la poussée d'un moteur MiG-29 RD-33 avec postcombustion activée——La version Performance accélère de zéro à 100 secondes en 1,6 seconde environ, la version Thrust prend environ 0,85 seconde et la version Rocket prétend atteindre 0,55 seconde.
Ce type de puissance terrifiante n'est en effet pas quelque chose qui peut être atteint par les industries automobiles traditionnelles telles que les moteurs à combustion interne et les moteurs électriques. Il est assisté par des propulseurs de fusée derrière lui.
Ce qui détermine la poussée comprend le débit massique du gaz, la structure de la buse, la température et la pression du gaz, ainsi que la vitesse d'ouverture de la vanne.
Pour la première fois, les responsables ont clairement indiqué que le système était toujours en ligne, même sur le terrain.
:Il s'agit du contrôle en boucle fermée qui se cache derrière : mesurer l'état, calculer l'écart, appliquer le contrôle, puis le corriger en permanence en fonction des commentaires.
Si le véhicule souhaite maintenir une assiette stable lors de l'accélération, il doit tenir compte de la relation entre la ligne d'action de poussée et le centre de masse du véhicule ; s’il souhaite également contrôler le lacet et le tangage, il nécessite que des buses situées dans des directions différentes travaillent ensemble.
Le plan de propulsion comprend donc des tuyères aux quatre coins du corps et une tuyère avant pour le contrôle du lacet.
En prenant le retournement de la fusée comme exemple, le système détermine d'abord l'attitude actuelle et la vitesse de rotation du corps de la fusée, calcule le couple qui doit être appliqué, puis contrôle l'injection d'air froid correspondante du propulseur. Une fois que le corps de la fusée commence à tourner, l'IMU continue de signaler le nouvel état de rotation et l'ordinateur ajuste le moment et la durée de l'injection en conséquence ; à l'approche de l'attitude cible, le système doit réduire la poussée et, si nécessaire, appliquer un couple inverse pour ralentir le corps de la fusée et l'arrêter à l'angle cible.
Par conséquent, c'est seulement la base sur laquelle l'hélice peut produire une poussée. Ce qui permet réellement à la fusée de se retourner avec précision, c'est la mesure continue par le système de contrôle de l'état du corps de la fusée et sa capacité à ajuster la poussée en temps réel en fonction du retour d'information.
Le Roadster utilise des propulseurs pour effectuer des ajustements d'attitude en vol similaires. La logique de contrôle doit également résoudre le même type de problèmes : déterminer l'attitude et la vitesse de rotation de la carrosserie en temps réel, coordonner les buses à différentes positions pour générer la force et le couple résultants requis, et arrêter la rotation à temps lorsque l'attitude cible est atteinte.
On peut essentiellement en déduire que Roadster utilise le même cadre technique de base que SpaceX, mais a été réadapté en fonction des caractéristiques physiques et de la disposition des buses du véhicule lui-même.
À ce stade, les racines du matériel d'hélice et de l'algorithme de contrôle d'attitude de la supercar volante Roadster ont été clarifiées.
Les gens pensaient généralement que c'était là tous les secrets du Roadster, jusqu'à ce que Moravey soit pris au dépourvu et révèle une autre technologie noire——
Des composants clés de l'intelligence incarnée sont également intégrés
Cela semble un peu nerveux à première vue.
Les robots doivent marcher, se tenir debout et ajuster leur posture, tandis que les voitures doivent se déplacer à grande vitesse. Les environnements de travail des deux produits sont très différents.
Mais du point de vue des actionneurs, ils ont une chose en commun : ils doivent tous contrôler avec précision la position et le mouvement des composants mécaniques et réagir à temps lorsque la charge change.
Les articulations des jambes des robots humanoïdes doivent résister instantanément à d'énormes forces d'impact lorsqu'ils marchent et sautent.
Il présente naturellement les avantages d'une densité de puissance élevée, d'un couple énorme et d'une réponse de l'ordre de la milliseconde
.
Tesla a réutilisé ce composant central du robot dans la supercar, ce qui a non seulement résolu le problème de contrôle sous des charges mécaniques extrêmes, mais a également démontré la réutilisation ultime du matériel sous-jacent développé par Tesla dans toutes les gammes de produits.
La première application consiste à régler activement l'aileron arrière
: À la vitesse extrêmement élevée de 200 mph, l'aileron arrière aérodynamique actif doit résister à une énorme résistance au vent et à une force d'appui pouvant atteindre plusieurs milliers de Newtons.Mais les petits moteurs des voitures ordinaires ne peuvent tout simplement pas ajuster rapidement l'assiette sous une charge mécanique aussi énorme.
Tesla emprunte directement les actionneurs à couple élevé aux jambes du robot humanoïde Optimus pour entraîner puissamment l'aileron arrière, et ajoute un mécanisme de verrouillage des freins mécanique supplémentaire (Brake), qui permet à l'aileron arrière non seulement de basculer entre le mode d'appui élevé (High Downforce Mode) et le mode faible traînée (Low Drag Mode) avec une précision de la milliseconde, mais également d'être fermement verrouillé sous un impact extrême du flux d'air.
La deuxième application concerne les
vannes de gaz haute pression précises qui contrôlent le système d'injection d'air froid de SpaceX
.La pression de l'air interne atteint 10 000 PSI. Bien que la conception de la structure fluide de la vanne elle-même soit effectivement dérivée de SpaceX, dans l'environnement terrestre, il est nécessaire d'ouvrir et de régler avec précision une vanne de gaz capable de résister à une pression de 10 000 PSI en millisecondes, ce qui nécessite un couple d'entraînement extrêmement élevé.
Tesla a donc une fois de plus introduit l'actionneur de jambe Optimus pour contrôler l'ouverture, la fermeture et la course de la vanne haute pression, obtenant ainsi un contrôle raffiné du flux d'air des jets supersoniques et de la poussée vectorielle.
Quelles sont les autres avancées du châssis Roadster et du Sanden ?
La propulsion des fusées et les actionneurs robotiques sont chargés de créer une sensation de fraîcheur et de repousser les limites de la physique automobile.
Mais sa base de performances repose toujours sur la propulsion électrique, le châssis et les pneus pour la soutenir.
Il y a encore beaucoup d'innovations dans le châssis et les trois composants électriques.
Tout d'abord, le Roadster n'est pas doté d'une transmission intégrale multimoteur, mais utilise une configuration à deux moteurs sur les roues arrière. La puissance totale officiellement annoncée dépasse 1 MW et le couple dépasse 1 400 N·m. Grâce au mécanisme de réduction à engrenages planétaires et à un rapport de réduction d'environ 8,4 : 1, le véhicule peut régler indépendamment la force motrice des roues arrière gauche et droite.
Cela permet de mieux contrôler la répartition de la puissance dans les virages.
En termes de batterie, le Roadster utilise 4 680 cellules, un boîtier de cellule en aluminium et une conception de refroidissement double face, et utilise une plate-forme haute tension d'environ 800 V.
L'importance du refroidissement double face est relativement simple : donner au cœur de la batterie plus de chemins de dissipation thermique contribue à améliorer le transfert de chaleur et l'uniformité de la température. Pour les véhicules électriques hautes performances, cela est important car la batterie et l'entraînement électrique génèrent beaucoup de chaleur lorsqu'ils produisent une puissance élevée, et le contrôle de la température affectera la stabilité du fonctionnement du système.
En ce qui concerne la charge de 10 minutes, l'effet final dépend également de la capacité de la batterie, de la courbe de charge, de la température ambiante et de la capacité de sortie réelle du dispositif de charge.
Le châssis doit faire face à un autre vrai problème : plus les performances sont radicales, plus la carrosserie doit contrôler le poids et la posture.
L'objectif de poids du véhicule donné par les données existantes est inférieur à 1 700 kg
; Après être passé en mode piste, la suspension peut également être abaissée d'environ 40 mm et ajuster la rigidité.Le bas de caisse et les réglages de suspension plus serrés aident à contrôler les mouvements de la carrosserie, mais la performance finale est toujours déterminée par le réglage global du véhicule.
La prochaine étape est l'innovation la plus imaginative du Roadster :
Aérodynamique active
.L'aileron arrière, le châssis et la forme de la carrosserie d'une voiture dépendent principalement du mouvement relatif entre le véhicule et l'air pour générer la force d'appui.
Plus la vitesse est élevée, plus l'effet aérodynamique est évident.
Le Roadster est également équipé d'ailes avant réglables, de déflecteurs d'air latéraux et d'ailes arrière actives
, en essayant d'ajuster le débit d'air en fonction de différentes vitesses et conditions de conduite - l'actionneur est le même modèle que l'intelligence incorporée mentionnée précédemment.La déclaration officielle indique que le véhicule peut obtenir jusqu'à environ 2G d'appui à des vitesses supérieures à 200 mph.
Cependant, le 2G décrit ici la relation entre l'appui et le poids du véhicule. Cela ne peut pas être directement compris comme signifiant que la voiture peut résister à une accélération latérale de 2G dans les virages.
La vitesse à laquelle un véhicule peut prendre un virage est toujours limitée par des facteurs tels que les pneus, le revêtement de la route, la suspension et le contrôle du véhicule.
Le kit aérodynamique qui peut être réglé activement résout en fait le problème de l'adhérence « passive », qui est l'exigence de performance sous un flux d'air à grande vitesse.
Mais le Roadster souhaite également obtenir une adhérence plus forte à basse vitesse, ce qui conduit au système de ventilateur situé sous la voiture.
Moravey a révélé que le châssis est équipé de quatre ventilateurs d'environ 20 kW et que le flux d'air sous la voiture est contrôlé par des jupes indépendantes.
Le ventilateur aspire l'air sous le châssis, créant une différence de pression entre le bas de la voiture et le monde extérieur, pressant ainsi la carrosserie contre la route. Ce mécanisme ne dépendant pas entièrement de la vitesse du véhicule, il peut théoriquement fournir un appui supplémentaire à basse vitesse.
Cependant, la puissance du ventilateur ne peut pas être directement convertie en force d'appui. Les résultats réels sont également affectés par la différence de pression, le débit d'air, l'étanchéité des jupes, l'état de la chaussée et le mouvement de la suspension. Le ventilateur entraînera également un poids supplémentaire, une consommation d'énergie et une charge de gestion thermique supplémentaires, donc comment travailler avec l'aileron arrière actif est le véritable problème que l'ensemble de la solution doit résoudre.
En examinant ces technologies ensemble, l'idée de Roadster devient plus claire :
Le système d'entraînement électrique est responsable de la production continue de puissance, les composants aérodynamiques actifs sont principalement responsables de la conduite à grande vitesse, le ventilateur tente de compenser la force d'appui à basse vitesse et le système de propulsion à air froid fournit une poussée supplémentaire à court terme.
Comment ces technologies fonctionnent-elles ensemble dans plusieurs scénarios extrêmes ?
Regardons d'abord le démarrage de l'accélération. Les deux moteurs sur les roues arrière sont chargés de transmettre la puissance à la route, et le système de propulsion à air froid tente de fournir une poussée supplémentaire en peu de temps. Les deux systèmes doivent coordonner le timing et la direction de sortie pour éviter les changements d'attitude incontrôlables du véhicule pendant l'accélération.
Lorsqu'il s'agit de virages à grande vitesse, l'aileron arrière actif et la structure de déflexion de la carrosserie entrent en jeu pour aider le véhicule à développer sa force d'appui ; le contrôle indépendant de la force motrice des roues arrière gauche et droite offre également plus d'espace pour ajuster l'assiette du véhicule. Si le véhicule fonctionne à des vitesses inférieures, les ventilateurs de soubassement ont la possibilité de compléter l'aérodynamisme conventionnel.
Regardez à nouveau le processus d'approche du sommet du virage après un freinage à grande vitesse. À mesure que la vitesse du véhicule diminue, la force d’appui générée par l’aileron arrière qui dépend du flux d’air s’affaiblira également. Le système de ventilation peut théoriquement continuer à fournir une certaine force d’adsorption à ce stade. Mais sa capacité à fonctionner de manière stable en conduite réelle dépend de la vitesse de réponse du système, de la coopération entre la jupe et la surface de la route et de la stratégie de contrôle du véhicule.
En ce qui concerne le décollage à court terme, le système de propulsion climatisé est sans aucun doute la partie la plus accrocheuse. Cependant, générer une poussée ascendante suffisante n’est qu’une condition préalable au décollage du véhicule. Le véhicule doit également contrôler le tangage, le lacet et le roulis, ainsi que gérer les changements d'attitude après avoir quitté le sol et atterrir. Sur la base des seules données de poussée maximale, il est impossible de juger si le véhicule peut effectuer ce processus de manière répétée et stable.
Ces scènes montrent également que la solution technique du Roadster ne consiste pas seulement à installer plusieurs composants hautes performances sur la même voiture. Le temps d'action, la vitesse de contrôle et les conditions de travail des différents composants sont différents. Comment les intégrer dans un système de véhicule fiable est la clé de la mise en œuvre technique.
Encore une chose
Q : Quelle est la puissance du pet de Musk ?
Il existe désormais une réponse officielle : une poussée équivalente à 8,1 tonnes.
Et ce sont des données faisant autorité, confirmées par Lao Ma lui-même.
Roadster est devenu un grand succès et des personnes de tous horizons en ont discuté, y compris LeCun, l'un des trois géants du deep learning très familier à nos lecteurs Qubit. Il a remis en question l'efficacité de la méthode de propulsion du Roadster et a directement attaqué :
Lao Ma n'a présenté aucune donnée qui ait du sens, mais a répondu directement :
Je vais te faire exploser le cul
:
Selon les données officielles de Tesla, nous savons maintenant que ce pet a une poussée de 8,1 tonnes, alors Lecun a contre-attaqué :
"Ce pet va vous faire perdre pied."
Commentaires