IoT Dashboard

Jan Kořán

Dnešní článek bych si dovolil začít citací z časopisu Autohit:

„Spalovací motor, ať už vznětový či zážehový, ve svých válcích vytváří kinetickou energii reakcí kyslíku ze vzduchu s palivem, které je buď uměle zapáleno (zážehový motor), či se samo vznítí (vznětový motor). Konstrukce spalovacího motoru vyžaduje pro bezproblémový spalovací proces přesný podíl vzduchu a paliva.

Problémy s rostoucí nadmořskou výškou jsou dány poklesem atmosférického tlaku, a tím pádem i hustoty atmosféry. Každých 1 000 výškových metrů klesá tlak vzduchu přibližně o 0,1 baru a hustota atmosféry se sníží přibližně o 0,1 kg/m3. Podíl kyslíku v jednom litru vzduchu tedy klesá a pro dosažení ideálního směšovacího poměru je potřeba více litrů vzduchu.“

Jak je to dnes s motory závodních kamionů

Jak je asi z úvodu zřejmé, dnes bude řeč o výkonu motoru závodního kamionu v závislosti na nadmořské výšce. Doby, kdy se na Dakar jezdilo se sériovým motorem z „Trambusu“, kterému se mírně šroubovákem “poštelovala” bohatost směsi, jsou už dávno pryč. Dnešní motory jsou počítačem řízené stroje, pohybující se na samotné hranici možností současných materiálů. V loňské Rallye Dakar bylo ve vyšších nadmořských výškách jasně vidět, že konkurenční kamiony se srovnatelným výkonem na hladině moře vykazovaly znatelně vyšší výkon nad hranicí 3 000 m. n. m. Proto při vývoji nového motoru bylo jasné zadání. Zajistit dostatek výkonu i ve vysokých nadmořských výškách.

Kde se vlastně motory vyvíjejí

Jelikož vývoj špičkového motoru není nic, co zvládne okresní autoservis, bylo třeba obrátit se na odborníky nejpovolanější. Volba padla na tým z VUT Brno.

Vývoj motoru probíhá v laboratoři na motorové brzdě a při jeho postupném ladění se sbírá a analyzuje obrovské množství dat. Jak ale chcete v Brně, v nadmořské výšce 237 m.n.m. nasimulovat množství kyslíku (respektive přesněji atmosférický tlak) odpovídající nadmořské výšce 4 952 m. n. m. (letošní výškový rekord Rallye Dakar)? Těžko. Takže toto byl úkol pro KPCS IoT zařízení a online sběr dat během závodu.

Co je nutné při vývoji motoru sledovat

Pro ladění motoru jak během závodu, tak pro další vývoj, bylo nutné měřit mimo jiné následující údaje a analyzovat jejich korelaci:

TIME

ms

Čas měření

HGHT

M

Nadmořská výška

BOOST_P

bar

Tlak vzduchu na sání

BOOST_T

C

Teplota vzduchu na sání (za chladičem vzduchu)

ATM

hPa

Atmosférický tlak

ESPD

RPM

Otáčky motoru

FUEL_P

bar

Tlak paliva na vstřiku

FUEL_T

C

Teplota paliva (za chladičem paliva)

LAT_G

G

GPS

LONG_G

G

GPS

OIL_P

bar

Tlak oleje

TPOS

%

Mira sešlápnutí plynu

VERT_G

G

Zrychlení

WATER_T

¡C

Teplota vody

 

Ideální by bylo změřit, jaký výkon měl motor v různých nadmořských výškách, maximálně to doplnit o teplotu vzduchu. Stejná situace by se následně nasimulovala v laboratoři a – hurá, můžeme ladit motor na další závod.

A co na to realita

Realita je ale podstatně košatější. Tak především - neexistuje způsob, jak měřit výkon motoru za jízdy. To je možné pouze na motorové brzdě čili v laboratoři. No a za druhé, je téměř nemožné plně nasimulovat stav atmosféry vysoko v horách. I kdyby se neměnilo složení vzduchu (což není jisté), je potřeba nasimulovat měnící se tlak. A to nejen na sání (což by třeba šlo pomocí přesně regulovaného zaškrcování přívodu vzduchu), ale i na výfuku. Tam je totiž paradoxně nižší tlak výhodou, protože usnadňuje odchod spalin z motoru.

A tak zbývá něco na hranici sci-fi knih. Za pomoci hodnot naměřených během závodu a analýzy jejich korelace společně vytvoříme matematický model závodního motoru. A simulace tlaku vzduchu už bude najednou pouze softwarovou úpravou.

Máme nyní enormní množství dat z průběhu rallye. Jejich využívání pro dolaďování motoru průběhu rallye bylo užitečné, ale při přípravě dat pro matematický model se ještě KPCS analytický tým zapotí. Tak například potřebujeme přesné údaje o zrychlení kamionu v různých nadmořských výškách. Zrychlení známe jednak z akcelerometru, jednak z GPS. Při znalosti hmotnosti kamionu a odporu vzduchu v dané výšce by tak šel dopočítat i výkon. Ale tak jednoduché to zase nebude. Použít lze data pouze z úseku, kde pilot využívá plný plyn. No, jak znám Martina Macíka Jr., takových míst bude dost 😊. Dále se musí jednat o rovný úsek bez zatáček. Takže zase pomocí GPS záznamů odstraníme všechny zatáčky. Dále je třeba odstranit vliv terénu a prokluzování. Musíme tedy vypočítat poměr zrychlování z GPS a poměr zrychlování otáček z motoru a všechny záznamy, kde tento poměr neodpovídá kvůli prokluzování, odstranit. Dále je potřeba odstranit vliv řazení, tzn. zachovat jen úseky dat mezi zařazením dalšího rychlostního stupně. Tak tady nám Martin Macík práci neusnadní, časté řazení totiž miluje. No a na závěr potřebujeme do modelu započítat vliv náklonu terénu. Ne, že bychom chtěli přímo odstranit všechny úseky, které byly z kopce či do kopce. To už by nám nic nezbylo. Prostě jen náklon terénu do dat zaznamenáme jednak z gyroskopu, jednak z GPS. No a ve stejném datovém setu zobrazíme veškeré údaje z motoru a jedna malá část úkolu je tak hotová.

IOT data a turbodmychadlo

Další velmi hezký a komplikovaný případ datové analýzy na základě IoT dat sbíraných při závodě jsou údaje používané pro řízení turbodmychadla. Jenže tady už se dostáváme za hranici toho, co nám dohoda se závodním týmem umožňuje zveřejnit. Je mnoho dalších závodních týmů, které by velmi zajímalo, jak turbo ve vozu BigShock Racing týmu funguje. A tuto informaci jim z pochopitelných důvodů sdělit nechceme 😊.

Závěrem

Meziroční zlepšení výsledku na Rallye Dakar z desátého na páté místo má samozřejmě spoustu příčin a je za ním obrovské množství práce. Je nám ale velkou ctí, že můžeme být součástí tohoto úspěchu a s využitím technologií od Microsoftu přispívat ke zlepšování parametrů již tak velmi sofistikovaného závodního stroje.

Příští týden náš IoT tým čeká jednání o automatizaci výroby v jednom petrochemickém závodě. Již nyní víme, že nás nemůže nic překvapit. Sběr, odesílání, zpracování a analýza dat v nejtěžším závodě na světě už nás připravily na vše. A tak nám prostředí jakékoliv průmyslové výroby najednou připomíná pohodu v obýváku ve srovnání s extrémními podmínkami dun, vysokohorských průsmyků, prachu a vibrací závodního stroje …