在斯坦利˙庫布里克的經典影片《奇愛博士》中,斯利姆˙皮肯斯騎著炸彈從飛機中飛了出去。如果他騎的是一輛摩托車,那么他駕駛的一定是芬蘭Salakazi車隊建造的KTM硝基甲烷燃料高速賽車。KTM高速賽車排氣量僅有1995 cc,卻有1500馬力,6.7秒鐘就能跑四分之一英里遠,最高時速達316公里。協助控制KTM(難以控制的)爆燃的是Renishaw RM22緊湊型高速旋轉磁性“防爆”編碼器。
一位以打破速度紀錄著稱的勇敢無畏的芬蘭人,以超常的功率驅動著360公斤重的摩托車,一切都發生得這么快。
轉瞬間發動機的轉速達到了7 500轉/分。觀眾還沒看清發生了什么,比賽就已結束,摩托車和賽車手已經跑完四分之一英里,正在緊急剎車呢。就摩托車比賽而言,這是再簡單不過了。比賽的目標是在最短的時間內從A直線到達B。
Jaska Salakari是歐盟第一個駕駛最快的雙缸硝基甲烷燃料 (Super Twin Top Fuel ) 摩托車打破7秒四分之一英里紀錄的第一個芬蘭人,他擁有Salakazi車隊。癡迷于速度的六人車隊由全職和兼職人員組成,2000年以來,該車隊一直駕駛著自行設計和建造的KTM雙氣缸硝基甲烷燃料高速賽車。1995cc雙缸Nitroduke發動機使用95%硝基甲烷燃料,通過Salakazi自行設計的雙燃料泵每秒吸入1.1升揮發性混合物。它是陸上交通工具中最接近飛彈的一種。
降低功率
在加速賽中,反應時間是以毫秒計的,靠飛轉的后輪永遠也不可能贏得比賽。除非功率能有效地轉化成快速前進運動,否則再大的功率也無濟于事。駕駛員 — 是否也可以稱為“乘客”呢? — 幾乎沒有思考的時間,更不用說踩下、松開普通的離合器了。駕駛員更不可能準確確定達到最佳牽引力所需的離合器接合速度。
Salakazi車隊給KTM高速賽車配備了裝有Prowork數字控制器的Prowork三盤四檔自動離合器。當駕駛員開啟油門時,控制器按照預定程序與離合器接合。就在這個時候,Renishaw RM22編碼器可監控轉速高達30 000轉/分的能力發揮了作用。在這些微小而關鍵的裝置中,有一個在監控發動機曲軸的位置,而其他裝置則在測量離合器的速度。
通過比較這些值,可以精確地測定離合器的滑動、牽引和路況。這些數據是車隊的至寶,依靠它技師可以在賽前正確地調節離合器中的第一級平衡重。
當然,每次比賽的賽道和摩托車狀況都不同,但是每次比賽后Renishaw編碼器采集并編輯的重要數據可以用來對控制器進行編程,以盡量達到最佳離合器接合。賽車可以在最初的零點幾秒內以最少的車輪轉動達到最大的速度和加速度。
Salakazi車隊中自認為“技術權威”的Petri Mäkinen很快指出,Renishaw提供的方案和牽引控制系統不同。他說,主要是因為離合器在比賽之前就已經用控制器設定的值進行了調節。
“Renishaw編碼器不是在行駛中動態地控制離合器,”他解釋說,“但是它事先提供給我們的數據極其重要。我們不可能以其他方式獲得這些數據,并預設離合器。
我們需要在后輪旋轉完一圈以前讀取離合器速度,以作出接合離合器的決定,而且加速是不平穩的。現在這一問題已得到解決,并且程序代碼已進行了適當的過濾。下一賽季,Renishaw編碼器還將用于控制提前點火,在未來幾年內,我們還將使用編碼器調節凸輪。”
Mäkinen使用這些數據取得最大的發動機有效功率,并推動Salakari在極短的時間內加速到每小時300公里以上的速度 - 比閱讀此段文字所用的時間還短。由過去的表現來看,這些數據似乎在起作用。
爆燃極限
Renishaw RM22編碼器專為極惡劣環境下的無故障運行而設計,但是Salakazi 車隊選定的編碼器安裝位置對于任何電子設備來說都是難度最大的。
Mäkinen指著一個部分拆卸的發動機曲軸的端部,有點調皮地笑著說:“這就是我們安裝Renishaw磁勵塊的地方。我們直接把它安裝在曲軸的端部。編碼器本體在另一側的離合器殼體中。老實說,我認為對編碼器來說,除了太空火箭外,沒有比這個環境更惡劣的了。”
RM22由Renishaw在斯洛文尼亞的合作伙伴RLS d.o.o.設計和制造,抗污染、抗碎屑能力達到IP68標準。但是,編碼器的最高工作溫度是125攝氏度,如何讓編碼器在極高的離合器溫度下正常運轉呢,對此Mäkinen作了詳細說明。他說,秘密在于將編碼器放在厚重的機加工的鋁殼中。
“編碼器直徑只有22毫米。因此可以放入離合器殼內而不影響零件的強度。離合器可能爆燃”,他補充說:“我曾見到過好幾次爆燃,所以離合器殼對于駕駛員的安全非常重要。如果編碼器再大一些,我們就得重新設計解決方案。”
RM22是非接觸兩件式設計,無需軸承或密封件,安裝和拆卸快捷、簡單。
“每次比賽后我們的機械師都冷卻離合器并迅速拆下殼體和編碼器,”Mäkinen說。“比賽過程中厚重的鋁殼體確保編碼器不受熱。在編碼器還沒有熱到超過規格之前,我們已經將賽車帶回維修車間并拆除了編碼器。”
比賽一場接一場,操作都很可靠
在高速賽車這種復雜的機器中安裝的任何零部件都必須又好又可靠。Mäkinen對Renishaw RM22贊賞有加,這個微小而關鍵的部件已經證明自己超越了公布的規格要求。
“在這樣的條件下,Renishaw編碼器的可靠性真是令人驚奇。沒有它們,我們只能估計發動機和賽道的重要信息,”他說:“但是如果你想打破紀錄,光有估測是不夠的。”