Leállt a Forma-1, de a háttérben komoly harc zajlik - interjú Ádók Róberttel

Régen elmúltak azok az idők, amikor a Forma-1-es csapatok az új fejlesztéseikkel átugrottak a szomszédos Silverstone-ba vagy Fioranóba, és addig hajtották az autót, amíg le nem szállt az este. A 2008-as gazdasági világválság következtében lépésről lépésre csökkenni kezdett az engedélyezett tesztnapok száma, idén már mindössze hatot rendeztek, jövőre lehet, hogy egyet sem fognak.

A mérnököket azonban nem olyan fából faragták, hogy csak úgy, próba nélkül kiadják a kezükből a munkadarabokat, így az autóiparban már évtizedek óta használt tesztpadokat specialisták bevonásával magas szintre fejlesztették, szimulációs eszközökkel és egyéb szoftverekkel egészítették ki, így ma már a színfalak mögött végzik el a feladatokat, amikhez korábban pálya kellett.

Ezekről természetesen sokkal kevesebbet lehet tudni, mintha nyilvánosan próbálgatnák az újításokat, ezért a korábban tesztpadi mérnökként dolgozó Ádók Róbert segítségét kértük, adjon iránymutatást arról, hogy miként zajlik elsősorban a motortesztelés folyamata, milyen eszközökkel és kapacitásokkal dolgoznak a csapatok.

Adorján Viktor: Amikor egy csapat vagy autógyártó úgy dönt, hogy külső partnerhez fordul, milyen eszközparkot használnak a motorfejlesztéshez és teszteléshez?

Ádók Róbert: Az AVL három nagyobb egységre bontható. Egyrészt mérnöki szolgáltatásokat nyújt: bekopoghat hozzájuk egy autógyár vagy Forma-1-es csapat azzal, hogy támogatásra van szükség egy adott részegység fejlesztésével. Ebből együttműködés lehet.

A második az összes teszteléshez szükséges hardver és hozzájuk tartozó szoftver: a fékgépek, a kinti vezérlőpult, az üzemanyag kondicionáló- és ellátó berendezés, vagy a mérést lebonyolító- és feldolgozó programok. Minden, amivel már a fizikailag kézzel fogható produktumot lehet tesztelni, fejleszteni.

Harmadik egységnek tekinthetők azok a programok, amik a tervezés során használatosak, de még az elméleti szinten történő fejlesztés és tesztelés kapcsán kellenek, például az áramlástani szimuláció vagy a hajtáslánc-modellezés.

Ha korábban elvittek Grazba egy tesztmotort, és az ottani szakemberek szaktudását is felhasználva fejlesztettek egy motort, akkor arra kell gondolni, hogy a Honda odaküldött mondjuk három mérnököt, ott ült még három AVL-es, és együtt dolgoztak.

Az egyik mondjuk a szoftverben profi, ismeri a Honda-szoftver felépítését, hiszen egy ilyen dokumentációja 1300 oldal, boldoguljon benne, aki nem ismeri! A másik mérnök meg mondjuk termodinamikában specialista. Amikor szakítás van, mert például a munka nem hozta meg a várt eredményt, akkor azt mondja az ügyfél, hogy itt a vége, hétfőn szedjétek le a motort, dobozoljátok be, és elviszik.

AV: A tervezés folyamata során szimulálható egy motor működése?

ÁR: Igen is meg nem is. Elemi szintekre lebontva igen, az AVL ebben is élen jár. Szimulációs szoftverekkel vizsgálható a befecskendezés folyamata; amikor beáramlik az üzemanyag, hogyan alakulnak az örvények, ha meggyújtja a gyertya, akkor onnantól az égés miként zajlik le, egy turbónál hol vannak veszteségek, hűtőkörökben hogyan áramlik a hűtőfolyadék és hogyan alakulnak a hőmérsékletek.

egy hibrid rendszer energiamenedzsmentje. Többek között a teljesítményre, a fellépő erőhatásokra, a nyomatékok, vagy a fogyasztásra vonatkozó adatokat is megkaphatunk ezáltal.

A kérdésnek arra a részére nem a válasz, hogy 3D-ben ugyan lemodellezik az egész motort, de nincs egy a virtuális térben, minden mozgó elemével együtt működő egység, amelyet járatnak egy képzeletbeli próbapadon. Felesleges is lenne, mert

Virtuális tesztpad olyan formában létezik, hogy a már rendelkezésre álló mérési adathalmaz és felépített matematikai modellek által, paraméterek változtatása esetén valós időben is vizsgálható a motor, a váltó és a teljes erőátvitel által alkotott rendszer megváltozott viselkedése, mintha az tényleg a valóságban működne.

AV: Az interjúnk első felében összefoglalta az autóipari tesztpadokon zajló munkafolyamatok lényegét. Miben különbözik egy közúti járművek fejlesztéséhez használt berendezés a Forma-1-es csapatoknál működő eszközöktől?

ÁR: Alapvetően nem különböznek, mint ahogyan a fő működési elve egy F1-es motornak is ugyanaz, mint egy belsőégésű utcainak. Minden kicsit gyorsabb, erősebb, precízebb. Erre a robosztusságra és dinamizmusra szükség van, mert ezeknél a végletekig kihegyezett erőforrásoknál minden kinyerhető adatra szükség van. F1-es autóban köztudottan rengeteg szenzor és mérőműszer van a folyamatos megfigyelés miatt - többé-kevésbé ugyanezekre az adatokra támaszkodnak a fejlesztés és versenyhétvége során is.

Úgy kell ezt elképzelni, mint amikor egy ember bemegy a kórházba, mindenféle vizsgálatot elvégeznek rajta, és kivizsgálják, hogy mi a gondja. Ha meggyógyul, kiengedik, éli az életét. Ez egy utcai autónak felel meg. A Forma-1-es autó viszont egy sportemberhez hasonló: felruházzák pulzusmérővel, a teste több pontján mérik az izzadást, ráadásul verseny közben, akár egy mozgó laboratóriumban. A mérési pontokon

Utcai autók esetében – és az F1-en kívüli motorsport egy része is ide tartozik - erre a folyamatos megfigyelésre a működés során már nincs szükség. A tesztpadi kisegítő eszközök a valós körülményeket hivatottak biztosítani, széles határok között változtathatók, és laboratóriumi körülmények között a mérések akárhányszor megismételhetőek.

Pontosan beállítható a hűtőlevegő hőmérséklete, szélerőssége és páratartalma, a betáplált üzemanyag hőmérséklete. Mérhetők a motor szerkezeti tömítetlenségeiből adódó veszteségek és az olajfogyasztás. Látható és valós időben változtatható a hengerbe jutó üzemanyag mennyisége, annak időbeli lefutása és a gyújtás pillanata, ezáltal az égési rendellenességek mértéke. Befolyásolható a turbófeltöltő munkapontja, mely a motor teljesítményére közvetlen hatással van.

Egy, a hajtáslánc számára megterhelő manővert akárhányszor, ugyanúgy végrehajtja a vezérlés. Időigényes, több ezer mérési pontból álló tesztet önállóan végrehajt, vagy más esetben néhány száz jellemző pont megmérése után matematikai módszerekkel a céladatok számolhatók. A tesztalany és a pad is folyamatos megfigyelés alatt áll, határhelyzetben vagy probléma esetén a rendszer először figyelmeztet, majd, ha szükséges, le is áll, ezáltal mindkettő épségben maradhat.

AV: 2015-ös sajtóhírek szerint a Red Bull az AVL segítségével igen fejlett tesztpadot helyezett üzembe, úgy tudjuk, később a Ferrari is vásárolt ilyet. Mire alkalmasak ezek a tesztpadok, milyen szimulációkat lehet elvégezni, körülbelül hány üzemórát működnek ezek?

ÁR: Ezeknek a tesztpadoknak élethűen kell tükrözniük és egyben biztosítaniuk a valós működést - itt már feltételezünk egy stabilan működő erőforrást. Ezután azt a hajtáslánc további részeivel összekapcsolják; kuplung, váltó, féltengelyek, esetleg még fékek is. Így már a teljes erőátviteli rendszer egészként vizsgálható és minden olyan üzemállapot, ami előfordulhat használat során.

Ilyen például elinduláskor és váltáskor a kuplungolás folyamata vagy a felmerülő rezgések, igénybevételek. Fékezéskor ugyanezek, továbbá fékenergia-visszatáplálás folyamata, hőmérsékletek alakulása a fékezett kerekeknél. Vagy akár a sebességváltó vezérlőszoftverének kalibrálása, a hűtőkörök (víz, olaj) optimális beállítása. Csapágyak, rögzítések tartóssága. És még folytathatnánk a sort. Ideális esetben a tesztpadok folyamatosan működnek és nagyfokú automatizáció is lehetséges.

AV: A 2015-ös bevetés egybevág azzal, hogy a Mercedes nagy előnybe került a V6-os hibrid erőforrások révén, erre reagált a Red Bull és a Ferrari is? A Mercedes kezdeti előnye betudható esetleg annak, hogy fejlettebb eszközökkel vagy nagyobb kapacitással dolgoztak a fejlesztés korai fázisában?

ÁR: A Mercedes hatalmas erőket képes mozgósítani, a két angliai fő létesítményükön kívül ott van mögöttük a teljes német Daimler konszern. A motorsport hazájának mondhatjuk Angliát, de a német autóipar nagyságával nehéz vitatkozni. A Mercedes anno a kezdeti fázisban mindenképpen előnyre tett szert, és azóta sem tétlenkednek.

A sikert jelentő műszaki megoldások előbb-utóbb kiderülnek: kémkedés a pályán, ötletelés a gyárban, szájról szájra történő információáramlás, de általában vagy az emberek vándorolnak egyik csapattól a másikhoz, még ha némi kényszerszabadságot is kell eltölteniük, vagy esetleg ugyanazon külsős partnerrel történő munka során derülnek ki részletek.

AV: Arról lehet esetleg tudni valamit, hogy a hasonló rendszereket a csapatok ugyanúgy vagy valamilyen eltéréssel használják?

ÁR: Nagyfokú szabadságot ad a rendszer azzal kapcsolatban, hogy mire és hogyan lehet használni, ez kreativitáson és leginkább rendelkezésre álló időn múlik. A csapat eldönti, hol látja problémásnak az autóját, mire szeretne nagyobb hangsúlyt fektetni, minél látja, hogy előnyre tehet szert. Ha van már egy jónak vélt megoldás, azt jó lenne minél több hiba nélküli tesztkilométerrel alátámasztani, erre ritkán van lehetőség.

AV: Manapság a szabályok szerint lényegében három erőforrást lehet büntetlenül beépíteni egy F1-es autóba. Nagyságrendileg a gyártók hány motort és hány változatot építenek meg tesztelés céljára egy évben?

ÁR: Nem tudok pontos számot mondani, de törekszik mindenki a legtöbb verziót kipróbálni. Fontos, hogy egyszerre több minden lehetőleg ne változzon, mert akkor nem tudni, melyik módosított alkatrész, annak elhelyezése, vezérlési paramétere vagy stratégiája okozta a hatást.

Sok verzió van különböző alkatrészekből, de arra nincs lehetőség, hogy építenek mondjuk öt teljesen különböző motort, és az ötféle tesztpadon megy. Akkora adathalmazt generálna és annyiféle gyártást igényelne, hogy az szinte képtelenség. A legnagyobbak, esetleg egy Honda szintű vállalat tudna így dolgozni.

Ebben a fázisban még nehéz belőni, hogy miből, mennyire van szükség. A prototípusok számáról nincs pontos információm, de vezérműtengelyből mondjuk ötféle, jó esetben, ha van rá idő, akkor mind az ötfélét kipróbálják, és a legjobbat viszik tovább. Ezek iterációs folyamatok, nem építenek nulláról motort azért, hogy utána kidobják, és készítsenek teljesen újat.

AV: A Red Bullnál a hírek szerint működik egy vehicle-in-the-loop elven működő szimulációs eszköz. Ez miben más egy tesztpadhoz képest?

ÁR: A vehicle-in-the-loop környezetben, ahogyan a nevéből is adódik, a komplett autó része a tesztnek, és minden változtatás hatása valós időben, azonnal megfigyelhető a jármű - esetünkben hajtáslánc - működésén. A tesztpad szimulálja az arra ható erőket - gyorsítás, lassítás, útellenállás, légellenállás, gördülési ellenállás - és a jármű által leadott erőket pedig a mérőműszerek feldolgozzák.

A négy kerékre csatlakoztatott fékgép egyenként is több száz lóerős teljesítményű és több ezer Nm nyomatékot képes elviselni - mindezt hihetetlen dinamikával. Sokkal erősebbek együtt, mint maga a tesztpéldány. Hiba esetén az előre beállított biztonsági limitek lekapcsolhatják a tesztpadot, és a másodperc tört része alatt képesek megállítani az autót akár 300 km/h körüli tempónál is. Ez okozhat feszült perceket utána, hogy eltört-e vagy tönkrement-e valami.

AV: A különböző tesztpadoknak és szimulációs eszközöknek mekkora a hatékonysága? Aerodinamikai fejlesztéseknél látható, hogy a pályateszteken a csapatok először a korrelációval foglalkoznak, a hajtáslánc esetében is van hasonló visszaellenőrzés?

ÁR: Visszaellenőrzés mindig van. Az aerodinamikai szimuláció e tekintetben kicsit más, ott az előzetes elméleti értékek alapján meghatározott adatok, a szélcsatornás teszt után a pályára érkezve még bőven okozhatnak fejtörést. Ezzel szemben a tesztpad sokkal egzaktabb és gyakorlatiasabb, az erőátviteli alkatrészek nagyrészt ugyanazt a terhelést kapják, mintha az autó a pályán menne.

Ha van egy kevésbé szerencsés technikai megoldás, azon nem a külső rendszer hatékonysága fog segíteni, maximum megérteni a problémát. Másrészről pályateszten az autó már jó esetben az idő nagy részében, probléma nélkül megy, nem cserélnek benne három különböző motort és váltót. Viszont első szárnyat tudnak cserélni annyi félét, amennyit csak idejük volt elkészíteni.

AV: Az ilyen berendezések esetében több tízmillió eurós beruházásokról van szó, gyanítom, hogy az üzemeltetés is költséges. Valós alternatíva ez a pályatesztek költségei mellett, lehet ezzel spórolni vagy a csapatok csupán máshol költik el a pénzt, amit pályateszteken már nem lehet?

ÁR: Spórolni úgy gondolom, nem igazán. Lehet egy előzetes, illetve kiegészítő lépcső a pályateszt mellett, és a rendelkezésre álló források helyes kezelésével előnyt jelenthet.

AV: Lehet valamilyen kézzelfogható méréssel számszerűsíteni, hogy mekkora előnyhöz jut egy istálló (vagy motort is építő gyári csapat) azáltal, hogy rendelkezik ilyen infrastruktúrával azokkal szemben, akik nem, vagy csak külső partnernél, kisebb kapacitással használhatnak ilyeneket?

ÁR: A legnagyobb faktor az idő. A végletekig lehetne tökéletesíteni mindent, de ez lehetetlen. Mivel a versenyhétvégéhez nyilvánvalóan a pályateszt áll a legközelebb, legjobb lenne, ha újra lehetne korlátlanul gyűjteni a kilométereket.

Ez nincs, így aki igénybe tud venni ilyen infrastruktúrát, az előnyre tehet szert. Ugyanaz az analógia, mint a rendelkezésre álló mérnökállomány és a megvalósult ötletek kapcsolata.

AV: Az AVL fejleszt ilyen eszközöket, mely cégek ismertek még a szektorban hasonló megoldásokról? Vannak, például a Toyota Köln melletti központjában bérelhető tesztpadok?

ÁR: Mindenképpen megemlíteném még az FEV-t és a Horibát, jelentős piaci szereplők. Bérelhető tesztpadok vannak többfelé a világban, és konszernen belül is igénybe veszik a gyártók egymás eszközeit.

AV: Mint minden iparágban, úgy e téren is folyamatos lehet a fejlesztés. Mik a fő problémák, amiket a mérnökök szeretnének megoldani vagy távlati célok, amiket elérnének?

ÁR: A folyamatok itt is mindig gyorsíthatóak, munka során a felhasználó által ráfordított idő csökken, tehát a hatékonyság nő. Illetve, konkrétan létrejönnek olyan új berendezések, mérőeszközök, amik megkönnyítik vagy egyáltalán lehetővé teszik a feladat elvégzését. Nagyteljesítményű motorokban nem triviális folyamat a nyomáslefutást megmérni, mint ahogy az sem, hogy mozgó járműben pontosan mérjük a kipufogógázok összetételét. Az alternatív tüzelőanyaggal működő motorok, a hibrid- vagy elektromos hajtásrendszer vizsgálata megint csak új kihívás. Ezáltal az eddigi rendelkezésre álló eszközök közül néhányat újragondolni, vagy egy teljesen innovatív megoldást létrehozni.