要約:
SpaceX のロケット技術が「スピードカー」ロードスターの切り札のすべてではない
。テスラ エンジニアリング No. 1 は、ロケット噴射システム、地面効果吸引カップ、アクティブ変形ボディなど、すべての技術的詳細をブログ プログラムで説明しました。そして初めて明らかにしました。テスラの人型ロボット オプティマスのテクノロジーも車に搭載されています
。
Rocket のブラック テクノロジー、車にどのように取り組むのですか?
まず、ポッドキャストに出演している
Lars Moravey について簡単に紹介しましょう
, ノースウェスタン大学で機械工学を卒業し、初期の頃はホンダでシャシーサスペンションシステムの責任者を長く務めていました。 2010 年にテスラに入社すると、シャーシ サスペンションの開発に取り組み始め、車両エンジニアリング部門でナンバー 1 であるテスラの副社長としての現在の地位まで昇進しました。
彼の作品はすべて、1 つの質問を中心に展開しています。車がすでに人々が生命を疑うほど速いのであれば、次のステップで限界を突破するにはどうすればよいでしょうか?
Qubit Robo は、ロードスターが SpaceX と共同開発した高圧低温ガス推進システムを使用していることを以前に説明しました。高温のガスを生成するために推進剤を燃やす必要はありません。主にノズルからの高圧ガスの急速な放出に依存し、反力を利用して車両を推進します。
この一連の原則、つまり作用力と反力は、航空宇宙分野でも馴染みのあるものです。
車両にはまず高圧ガス貯蔵システム (COPV) が必要です。COPV は、最大 10,000 PSI (約 68.9 MPa) の圧力で窒素を貯蔵できます。一般的な乗用車のタイヤ空気圧は通常わずか数百キロパスカルであり、その差は2桁あります。
Moravy によって与えられるシステム推力は 80kN を超え、これはより一般的な単位に換算すると約 8.2 トンの力に相当します。
——アフターバーナーをオンにした場合の MiG-29 RD-33 エンジンの推力に相当します——パフォーマンス バージョンは 0 秒から 100 秒まで約 1.6 秒で加速し、スラスト バージョンは約 0.85 秒かかり、ロケット バージョンは 0.55 秒で到達すると主張しています。
この種の恐ろしい動力性能は、内燃機関や電気モーターなどの従来の自動車産業では決して達成できるものではありません。後ろのロケットスラスターによって補助されます。
推力を決定するものには、ガスの質量流量、ノズルの構造、ガスの温度と圧力、バルブの開く速度が含まれます。
当局は、システムが地上でもオンラインのままであることを初めて明らかにしました。
:これはその背後にある閉ループ制御です。状態を測定し、偏差を計算し、制御を適用し、フィードバックに基づいて継続的に修正します。
加速時に車両が安定した姿勢を維持したい場合は、推力作用線と車両の重心の関係を考慮する必要があります。ヨーとピッチも制御したい場合は、異なる方向のノズルが連携して動作する必要があります。
したがって、推進計画には、車体の四隅にあるノズルとヨー制御用の前部ノズルが含まれています。
ロケットの反転を例にとると、システムはまずロケット本体の現在の姿勢と回転速度を決定し、適用する必要があるトルクを計算してから、対応する冷気スラスターの噴射を制御します。ロケット本体が回転を開始した後、IMU は新しい回転状態をフィードバックし続け、コンピューターはそれに応じて噴射のタイミングと持続時間を調整します。目標姿勢に近づくと、システムは推力を低減し、必要に応じて逆トルクを加えてロケット本体を減速させ、目標角度で停止する必要があります。
したがって、プロペラが推力を生み出すことができるのは基礎にすぎません。ロケットの正確な反転を実際に可能にしているのは、制御システムによるロケット本体の状態の継続的な測定と、フィードバックに基づいてリアルタイムで推力を調整する機能です。
ロードスターはスラスターを使用して同様の空中姿勢調整を行います。制御ロジックも同様の問題を解決する必要があります。つまり、車体の姿勢と回転速度をリアルタイムで決定し、異なる位置にあるノズルを調整して必要な合力とトルクを生成し、目標姿勢に到達したときに回転を停止する必要があります。
ロードスターは基本的に、SpaceX と同じ技術的な基本フレームワークを使用していると推測できますが、車両自体の物理的特性とノズル レイアウトに基づいて再調整されています。
現時点で、空飛ぶスーパーカー ロードスターのプロペラ ハードウェアと姿勢制御アルゴリズムのルーツが明らかになりました。
モラヴェイ氏が不意を突かれて別のブラックテクノロジーを暴露するまで、人々はこれがロードスターの秘密のすべてだと一般に考えていました—
身体化されたインテリジェンスの主要コンポーネントも搭載されています
一見すると少し飛び跳ねているように見えます。
車は高速で走行する必要がある一方で、ロボットは足を踏み出し、立って姿勢を調整する必要があります。 2 つの製品の動作環境は大きく異なります。
しかし、アクチュエータの観点から見ると、アクチュエータには 1 つの共通点があります。それは、機械コンポーネントの位置と動きを正確に制御し、負荷の変化に適時に応答する必要があるということです。
人型ロボットの脚関節は、歩いたりジャンプしたりする際に瞬時に大きな衝撃力に耐える必要があります。
当然、高い出力密度、巨大なトルク出力、ミリ秒レベルの応答という利点があります
。
テスラは、ロボットのこのコア コンポーネントをスーパーカーに再利用しました。これにより、極度の機械的負荷の下での制御の問題が解決されただけでなく、テスラが自社開発した基盤となるハードウェアが製品ライン全体で究極的に再利用できることも実証されました。
最初のアプリケーションは、リア スポイラーをアクティブに調整することです
: 時速 200 マイルの超高速では、アクティブ空力リア ウイングは、巨大な風の抵抗と最大数千ニュートンのダウンフォースに耐える必要があります。しかし、普通の車の小さなモーターでは、このような大きな機械的負荷がかかると姿勢を迅速に調整することができません。
テスラは、オプティマス ヒューマノイド ロボットの脚から高トルク アクチュエータを直接借用してリア ウイングを強力に駆動し、追加の機械的ブレーキ ロック機構 (ブレーキ) を追加しました。これにより、リア ウイングが高ダウンフォース モード (高ダウンフォース モード) と低抗力モード (低抗力モード) をミリ秒の精度で切り替えるだけでなく、極度の気流の影響下でもしっかりとロックすることができます。
2 番目の用途は、
SpaceX の冷気注入システムを制御する精密な高圧ガス バルブ
です。 。内部空気圧は 10,000 PSI にも達します。バルブ自体の流体構造設計は確かにSpaceX由来ではあるが、地上環境では10,000PSIの圧力に耐えられるガスバルブをミリ秒単位で押し開いて正確に微調整する必要があり、非常に高い駆動トルクが必要となる。
そこでテスラは、高圧バルブの開閉とストロークを制御するオプティマス レッグ アクチュエータを再度導入し、それによって超音速ジェットの気流とベクトル推力の洗練された制御を実現しました。
ロードスター シャーシとサンデンには他にどのような画期的な進歩がありますか?
ロケット推進とロボット アクチュエーターは、新鮮な感覚を生み出し、自動車物理学の限界を押し上げる役割を果たしています。
しかし、その性能基盤は依然として電気駆動装置、シャーシ、タイヤに依存しています。
シャーシと 3 つの電気コンポーネントにはまだ多くの革新があります。
まず、ロードスターはマルチモーター四輪駆動ではなく、後輪デュアルモーターレイアウトを採用しています。公式に公表されている総出力は1MWを超え、トルクは1400N・mを超える。遊星歯車減速機構と約8.4:1の減速比により、左右後輪の駆動力を独立して調整できます。
これにより、コーナーでのパワー配分をより詳細に制御できるようになります。
バッテリーに関しては、ロードスターは 4680 セル、アルミニウム セル ケース、両面冷却設計を使用し、約 800 V の高電圧プラットフォームを使用しています。
両面冷却の重要性は比較的単純です。バッテリーのコアにより多くの熱放散経路を与えることで、熱伝達と温度の均一性が向上します。高性能電気自動車の場合、大電力を出力するとバッテリーと電気駆動装置が大量の熱を発生し、温度制御がシステムが安定して動作できるかどうかに影響するため、これは重要です。
10 分間の充電に関しては、最終的な効果はバッテリー容量、充電曲線、周囲温度、充電デバイスの実際の出力能力によっても異なります。
シャーシは別の現実的な問題に直面する必要があります。パフォーマンスが過激になればなるほど、ボディは重量と姿勢をより制御する必要があります。
既存のデータによる目標車両重量は 1700 kg 未満です
;トラックモードに入るとサスペンションを約40mm下げて硬さを調整することもできる。下半身とよりタイトなサスペンション設定はボディの動きを制御するのに役立ちますが、最終的なパフォーマンスは依然として車両全体のチューニングによって決まります。
次のステップは、ロードスターの最も想像力豊かなイノベーションです。
アクティブ エアロダイナミクス
。車のリアウイング、シャーシ、ボディ形状は、主に車両と空気の間の相対運動に依存してダウンフォースを生成します。
速度が高くなるほど空力効果がより顕著になるため、
ロードスターには調整可能なフロント ウイング、サイド エア ディフレクター、アクティブ リア ウイングも装備されています。
、さまざまな速度や運転条件に応じて空気の流れを調整しようとしています - アクチュエーターは、前述の具現化されたインテリジェンスと同じモデルです。公式発表によると、この車両は時速 200 マイルを超える速度で最大約 2G のダウンフォースを得ることができます。
ただし、ここでの 2G はダウンフォースと車両重量の関係を表します。コーナリング時の横加速度2Gに耐えられるという意味を直接的に理解することはできません。
車両がコーナリングできる速度は、タイヤ、路面、サスペンション、車両制御などの要因によって依然として制限されます。
アクティブに調整できる空力キットは、高速気流下でのパフォーマンス要件である「パッシブ」グリップの問題を実際に解決します。
しかし、ロードスターは低速でのより強力なグリップを得ることも望んでおり、これが車の下のファン システムにつながります。
モラベイ氏は、シャーシには約 20 kW のファンが 4 つ装備されており、車の下の空気の流れは独立したスカートによって制御されていることを明らかにしました。
ファンはシャーシの下の空気を吸い出し、車の底部と外界との間に圧力差を生じさせ、それによって車体を道路に押し付けます。このメカニズムは車速に完全に依存するわけではないため、理論的には低速時に追加のダウンフォースを提供できます。
ただし、ファンのパワーを直接ダウンフォースに変換することはできません。実際の結果は、差圧、空気の流れ、スカートのシール、路面状況、サスペンションの動きにも影響されます。また、ファンは追加の重量、エネルギー消費、熱管理の負担をもたらすため、アクティブ リア ウイングとどのように連携するかが、ソリューション全体で解決する必要がある真の問題です。
これらのテクノロジーを合わせて見ると、ロードスターのアイデアがより明確になります。
電気駆動システムは継続的な出力を担当し、アクティブな空力コンポーネントは主に高速走行を担当し、ファンは低速時のダウンフォースを補おうとし、冷気推進システムは短期的に追加の推力を提供します。
これらのテクノロジーはいくつかの極端なシナリオでどのように連携しますか?
最初に発進加速を見てみましょう。後輪のデュアルモーターは道路に動力を伝達する役割を果たし、冷気推進システムは短時間で追加の推力を提供しようとします。加速中の車両の制御不能な姿勢変化を避けるために、2 つのシステムは出力のタイミングと方向を調整する必要があります。
高速コーナーになると、アクティブ リア ウイングとボディのたわみ構造が車両のダウンフォースの強化に役立ちます。また、後輪の左右独立駆動力制御により、車両の姿勢調整に余裕が生まれます。車両が低速で動作している場合、アンダーボディファンは従来の空気力学を補うことができます。
高速ブレーキをかけた後にカーブの頂点に近づくプロセスをもう一度見てください。車速が低下すると、空気の流れに依存してリアウイングが発生するダウンフォースも弱まります。理論的には、ファン システムはこの段階でも一定量の吸着力を提供し続けることができます。しかし、実走行で安定して機能するかどうかは、システムの応答速度、スカートと路面の協調性、車両制御戦略に依存します。
地上からの短期間の揚力に関しては、間違いなくエアコン付き推進システムが最も目を引く部分です。ただし、十分な上向き推力を生成することは、車両を地面から離陸させるための前提条件にすぎません。また、車両はピッチ、ヨー、ロールを制御し、地面から離れて着地衝撃を受けた後の姿勢変化に対処する必要もあります。ピーク推力のデータだけでは、車両がこのプロセスを繰り返し安定して完了できるかどうかを判断することはできません。
これらのシーンは、ロードスターの技術的ソリューションが、単に同じ車に複数の高性能コンポーネントを搭載するだけではないことも示しています。コンポーネントごとに動作時間、制御速度、動作条件が異なります。これらを信頼性の高い車両システムにどのように統合するかが、エンジニアリング実装の鍵となります。
もう 1 つ
Q: マスクのおならの威力はどれくらいですか?
正式な答えは次のとおりです。同等の推力は 8.1 トンです。
そしてそれは老馬自身によって確認された信頼できるデータです。
Roadster は大ヒットとなり、Qubit 読者にはよく知られている深層学習の 3 人の巨人の 1 人である LeCun 氏を含め、あらゆる立場の人々がそれについて議論していました。彼はロードスターの推進方式の効率性に疑問を抱き、次のように直接攻撃しました。
ラオ・マーは意味をなすデータを提示しませんでしたが、直接こう答えました。
私はあなたのお尻を吹き飛ばしてみます
:
テスラの公式データによると、このおならの推力は 8.1 トンであることがわかったので、レクンは反撃しました。
「このおならでは足が折れてしまいますよ。」
コメント