Tudengivormel 2016: tipp on sentimeetrite kaugusel

• Arendamist ootavad juhtimissüsteem ja akupakk
• Silverstone’i etapp näitas plusse ja tõi välja miinuseid

Tudengivormeleid on Eestis edukalt ehitatud juba kümme aastat, tiimi kapteni Raiko Annaski sõnul tuleb aga iga kord alustada justkui otsast peale. Kuigi hiljutine etapp Silverstone’is ei möödunud viperusteta, naasti koju kasulike ideede võrra rikkamana. Kirjutab Ants Vill.

Kapten Annask teab, mida räägib: värskele Tallinna Tehnikaülikooli (TTÜ) magistrile on 2016. aasta vormelihooaja mudel juba neljas, mille arendamises kaasa lüüa. Ta lükkas isegi ülikooli lõpetamise aasta võrra edasi, et vormeliga kõik korda saaks. Tudengivormel on keerukas ala: eelkõige hulk inseneri- ja mehaanikutööd, ühtlasi ka ettevõtja-, mänedžeri- ja raamatupidajatööd, ning tagatipuks veel ehedat võidusõitu. „Eelmise aasta mudelilt püüdsime üle võtta mootorid ja kontrollerid, aga proovimine näitas, et neid ei saanudki korralikult töötama, isegi koostöös tootjatehasega mitte,“ meenutas ta hooaja algust. „Nii hakkasimegi taas täiesti tühjalt kohalt pihta, liiatigi nõuavad võistlusreeglid, et uuel mudelil peab uusi osasid olema vähemalt 60 protsendi jagu. Siis oli oktoober, esimene tõsisem tuleproov ootamas „alles” juulis, legendaarsel Silverstone’i ringrajal. Aga – nagu ikka, selgus, et ajast jäi puudu.“

Kaalulangetus ja uus vooluallikas

„Vormeli kaalu vähendamine oli üks olulisi ülesandeid, millest lähtusime,” selgitas Raiko ja lisas, et eelmine mudel kaalus 248 kilo, tänavune aga on ligi 30 kilo kergem. Seega on ülesanne täidetud. See pole aga lihtsalt rekordi pärast, elektriautol on iga kilo lausa kullakaaluga, sest vooluallikate võimsused on piiratud, nende lisamine teeb aga masina taas raskemaks. „Samas, reeglite järgi alamkaalu pole. See ongi insenerimõtte virgutamiseks,” täpsustas ta.

Tänavusel mudelil on pea kõik uus või uuenduslik. Mootoreid on autol neli: üks iga ratta rummus, samas on ka uuenduslikud, eestlaste kavandatud kaheastmelised planetaarülekanded. Need valmistati tehases – ülekanded toodeti Inglismaal Glebe’is, mootorid Saksa fi rmas AMK Gmbh Arnold Müller Kirchheim Co. Innovaatiline on, et osa vedrustuse šarniirelementide kinnitusi valmistati 3D-metalliprinteriga, sest ka see annab uuenduslike insenerlahenduste tõttu, mida freesimistehnoloogiaga ei ole võimalik saavutada, olulist kaalusäästu.

Uus on ka vooluallikas: akuelemendid on seekord elektriliselt senise poltühenduse asemel ühendatud keevistega. Samuti on täiesti uus kogu mootorite ja akude juhtimise elektrooniline arvutisüsteem. Kõik see on andnud olulist kaaluvõitu ning parandanud sõiduomadusi: auto kiirendab nullist sajani 2,2 sekundiga. Muide, suurt kiirust pole tudengivormelil tegelikult vaja: käänulisel rajal piisab 120 km tunnis, vaja on hoopis head kiirendus- ja pöördevõimet. Selles osas on tudengivormelid üsna lähedased juba kergematele pärisvormelitele. Lisaks peab suutma auto vastu pidada kestvuskatse ehk 24-minutilise sõidu.

„Kui eelmisel mudelil oli probleemiks roolimehhanism, mida me ei saanudki korralikult tööle, siis tänavu maadleme hoopis uue probleemiga: auto väiksuse tõttu on kõik juhtmed väga lähestikku ning elektrilised häired segavad juhtimissüsteemi tööd,” märkis meeskonna juhendaja Rainer Lepik.

„Põhiline probleem on saada tööle neljarattavedu, praegu sõidame ainult tagarataste veoga,” nentis Lepik. Varjestuse küsimus on üks, ja nagu Silverstone’is selgus, vägagi oluline probleem. Teine, mida aga lahendada, on neljarattaveo korral iga ratta veojõu eraldi juhtimine. „See on tõeline peenhäälestus, vajad eriti keerukat algoritmi. Rool on ju mehhaaniline, aga rataste veojõudu juhitakse arvutiga. Nii tekib näiteks kurvides tõsine ülesanne: kas eraldi juhitavate rataste veojõud töötab roolipööramisel kaasa või sellele vastu,“ märkis juhendaja.

Kui tavalisel elektriautol on andurid mittevedavatel esiratastel ning nende näitude järgi on suhteliselt lihtne aru saada auto liikumissuunast ja kiirusest, siis nelikveo korral tuleb leida uusi lahendusi. Selleks on vormelil suur hulk mööda keret paigutatud lisaandureid ning täiesti uus „aju“, mis juhib kogu jõusüsteemi. Aga jõud, mida juhtida, on suured: ühe algselt tööstusautomaatikas kasutatava mootori näitajad on 35 kW ja 28 Nm. Läbi tiimi projekteeritud ülekannete peaks maha jõudma täiesti meeletud 1200 Nm, mille tõttu on meeskond madalatel pööretel pöördemomenti elektrooniliselt piiranud.

Siiski on praeguseks asi sealmaal, et juhile jääb ülesandeks vaid rooli keerata ja gaasi või pidurit vajutada. Kõik muud seaded tehakse inseneride või algoritmi poolt.

Ajalooline aps Silverstone’is

35-liikmelise meeskonna jõupingutuse tulemusel sündinud auto esimene tõsine proovikivi oli juulis Silverstone’i vormelirajal peetud võistlus. „Tagantjärele saab öelda, et oma kahe nädala jagu aega ja tööd jäi puudu,“ tunnistas kapten ja ka ühtlasi suure kardisõidukogemusega Annask pärast Eestisse naasmist. Enne sõitu oli ta tunnistanud, et meeskonna põhitegijad olid talvest alates töökojas veetnud pea enamiku ärkvelolekuajast: „Aprilli veel mäletan, aga mai ja juuni on nagu vahelt kadunud,“ ütles ta.

Kapten rääkis, et ehkki Inglismaal ei läinud kõige paremini, on võistkond tulemustega väga rahul. Kõik staatilised alad, nagu disainilahenduste kaitsmine, kuluaruanded, äriplaan ja muu selline, läksid väga hästi. Kiirendus- ja kaheksasõit jäid ära, sest tehnilise kontrolli õigeaegse läbimisega oli probleeme. Samas aga õnnestus sprint ja kestvussõit läbi teha. Kestvussõit näitas aga seda, kui serva peal toimivad tudengivormelite insenerlikud lahendused: juhtus nii, et kui ruudulipp oli juba lehvinud, jäi auto seisma ehk et ajajoonest jäi puudu neli meetrit.

„Kohtunikud olid üsna nõutud, kas lugeda sõit sooritatuks või mitte,“ kirjeldas Annask esimest korda tudengivormelite ajaloos juhtunut. Kohtunike hämming oli nii tõsine, et Eesti tiimi lahkudes polnud tulemuse kohta veel mingit selgust.

Vormeli seismajäämise põhjuseks oli toiteploki ülekuumenemine, mis lülitas kogu madalpingesüsteemi välja. Teine oluline tarkus, mida võistlustelt saadi, oli see, et kui senine suund oli olnud ruumi ja kaalu säästmiseks mahutada kõik juhtsignaalid autos ühe siini peale, siis teised soovitasid oma kogemustest lähtudes vähemalt kaht. Nüüd otsustati tagada igale mootori inverterile täiesti oma suhtluskanal, et vähendada andmevahetuse koormust siinil ja tagada suurem töökindlus. Ilmselt vajab häälestamist ka jõumomendi kontrollsüsteem, sest üks planetaarülekanne kippus purunema.

„Saime teada, et üldiselt meie lahendused töötavad, eriti saime kiita oma aerodünaamilise lahenduse eest. Nüüd teame, mida täiustada. Rohkem on vaja muidugi katsetada, testida, testida, testida ehk see, milleks alati aega napib”,nentis Annask, kelle juhtimisel seab tiim autot korda juba järgmiseks võistluseks Ungaris. „Kui saame nelikveo korda, siis oleme juba tõsised tegijaid,“ oli kapten Annask täis optimismi jõuda meeskonnaga taas endistesse kõrgustesse: maailmas tegutseva 500 võistkonna seas esiviisikusse.

Nädal enne Ungari etappi (18.-21. august) saidki nelikveoprobleemid õnnelikult lahendatud, kuid jätkata tuleb akupakkide arendamisega.

Tulevik – isesõitvad autod?

Kerelahenduste osas saaks edasi minna, kui Eestis oleks nii suur autoklaav, nagu näiteks Soomes asuv, kuhu mahuks monokokk-kere ära. Siis saaks kasutada teistsuguseid süsinikkangaid ning kärgstruktuure.

Lisaks juhtimissüsteemidele läheb kindlasti uuendamisele toiteallikas. Koostöös superkondensaatoreid tootva Skeleton Techologiesega on TTÜ mehhatroonika magistrant Riho Koop* arendama asunud uut akupakki. Skeletoni esimene stipendiaat keskendub tudengivormelile ja hübriidakupaki arendamisele. Uus lahendus liidab koos tegutsema liitiumakud ning superkondensaatorid. „Plaanis on kasutusele võtta akuelemendid, millel senisest kuni 40 protsenti suurem energiatihedus. Seni pole neid saanud vormelis kasutada, kuna nende maksimaalsed laadimis- ja tühjakslaadimisvoolud on liiga väikesed. Erinevalt akudest kannatavad superkondensaatorid suuri voole, nii peavad need enda kanda võtma järsud võimsushüpped, mis tekivad kurvikiirendustel ja pidurdamistel,“ märkis Koop.

„Muidu on tudengivormelite puhul saabunud justkui lagi – kõik tegelevad vaid senise täiustamisega, päris uusi drastilisi lahendusi pole,“ nentis ka autovõidusõidu GT4 sarjas võistlusinsenerina tegutsev Annask. „Ühel autol, tõsi, nägime Silverstone’is aerodünaamilist lahendust, kus auto esitiival oli absurdselt palju, lausa 23 pisikest Vormelitiimi tuumik: Rainer Lepik (TTÜ), Siim Jürgenstein (TTK), Martin Ploom (TTÜ), Joonas Eamets (TTÜ), Sander Viitak (TTÜ), Riho Koop (TTÜ), autos Raiko Annask (TTÜ). elementi. Aga muidu jääb oodata järgmist taset. Kuuldavasti plaanitakse tudengivormeli sarjas võtta suund isesõitvate võidusõiduautode arendamisele,“ rääkis Annask järgnevaist inseneriväljakutsest.

Kes aga tunneb huvi ja soovib tudengivormeleid oma silmaga näha, saab seda teha septembri esimesel nädalavahetusel Põltsamaal. Seal peetakse meie meeste eestvedamisel võistlus Baltic Open, kuhu on lubanud tulla 20 võistkonda oma tudengivormeliga mõõtu võtma.

Kokku on koos selle aasta autoga TTÜ ja Tallinna Tehnikakõrgkooli (TTK) tudengite koostöös valminud üheksa võidusõidukit, neist viimased neli on olnud elektrivormelid. Tudengivormeli projektidest tuleb igal aastal hulk uute inseneride lõputöid.

* Skeleton Technologiese stipendiaadi Riho Koopi plaanist arendada uue põlvkonna vormelit kirjutasime juulikuu Inseneerias.