Το Pedal Booster ή Pedal Commander ή Sprint Booster ή Pedal Anti-Lag ή απλά Booster, είναι μία συσκευή που χρησιμοποιείται σε οχήματα με σύστημα Drive-By-Wire και αναχαιτίζει (διακόπτει) το σήμα εξόδου του πεντάλ επιτάχυνσης προς την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του κινητήρα (ECU ή PCM), στέλνοντας σε αυτή ένα τροποποιημένο σήμα. Διαφημίζεται ότι τα Pedal Booster προσφέρουν καλύτερη απόκριση του κινητήρα, εξάλειψη της καθυστέρησης του πεντάλ επιτάχυνσης, καλύτερη απόδοση και απελευθέρωση των πραγματικών δυνατοτήτων του κινητήρα.
Ο Αλέξανδρος Καλτσάς, Director του ΙΕΚ Μηχανολογίας, μας λύνει την απορία αν ένας Pedal Booster μπορεί να κάνει όλα τα παραπάνω και τελικά να βελτιώσει την απόδοση ενός κινητήρα.
Δες εδώ το Διοικητικό Προσωπικό του ΙΕΚ ΔΕΛΤΑ
Εικόνα 1. Τυπικό παράδειγμα συσκευής Pedal Booster.
Τι κάνει ένα Pedal Booster στο σήμα εξόδου του πεντάλ επιτάχυνσης;
Αρχικά πρέπει να καταλάβουμε τί είναι το σύστημα Drive-By-Wire. Σε ένα συμβατικό σύστημα επιτάχυνσης του κινητήρα ενός οχήματος, το πεντάλ επιτάχυνσης είναι μηχανικά συνδεδεμένο με την πεταλούδα αέρα εισαγωγής του κινητήρα. Συνήθως μέσω ενός χαλύβδινου εύκαμπτου καλωδίου ή ντίζα (Εικόνα 2).
Εικόνα 2. Συμβατικό σύστημα ελέγχου της πεταλούδας αέρα εισαγωγής.
Όταν ο οδηγός πιέζει το πεντάλ επιτάχυνσης, η ντίζα “μαζεύει” και περιστρέφει την πεταλούδα της εισαγωγής, επιτρέποντας μεγαλύτερη ποσότητα αέρα να εισέλθει στον κινητήρα. Ταυτόχρονα η ECU/PCM (Electronic Control Module, Powertrain Control Module), μέσω του αισθητήρα θέσης της πεταλούδας ή TPS (Throttle Position Sensor), γνωρίζει τη θέση της πεταλούδας και ρυθμίζει την ποσότητα καυσίμου προς τον θάλαμο καύσης. Σε ένα τέτοιο σύστημα έχουμε άμεση απόκριση του κινητήρα στην κίνηση του πεντάλ επιτάχυνσης.
Στο σύστημα Drive-By-Wire, το πεντάλ επιτάχυνσης δεν συνδέεται με μηχανικό τρόπο με την πεταλούδα αέρα εισαγωγής. Στο πεντάλ έχει τοποθετηθεί αισθητήρας θέσης ή APP (Accelerator Pedal Posision), που το σήμα εξόδου που παράγει, ενημερώνει την ECU για το πόσο πιέζει ο οδηγός το πεντάλ (Εικόνα 3). Στην συνέχεια η ECU ρυθμίζει ανάλογα την θέση της πεταλούδας.
Εικόνα 3. Σύστημα Drive-By-Wire.
Ο έλεγχος της πεταλούδας πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός ηλεκτροκινητήρα (Εικόνα 4). Ο κινητήρας αυτός ελέγχεται με ένα σήμα διαμόρφωσης εύρους παλμών ή PWM[1] (Pulse Width Modulation), που παράγεται από την ECU. Η ECU επιβεβαιώνει την θέση της πεταλούδας μέσω του αισθητήρα TPS, που συνήθως είναι “μαγνητικός αισθητήρας” τύπου Hall.
Εικόνα 4. Πεταλούδα αέρα εισαγωγής συστήματος Drive-By-Wire.
Ένα τέτοιο σύστημα δεν έχει την απόκριση ενός συμβατικού συστήματος. Σε πολλά οχήματα, ο οδηγός αισθάνεται μία χρονική καθυστέρηση μεταξύ της κίνησης του πεντάλ επιτάχυνσης και της απόκρισης του κινητήρα. Γιατί να συμβαίνει αυτό όμως;
Αρχικά πρέπει να ξεκαθαρίσουμε πως το σύστημα “πεντάλ επιτάχυνσης – πεταλούδα αέρα εισαγωγής”, είναι ένα εξαιρετικά κρίσιμο σύστημα. Είναι αυτό που ελέγχει το τι θα κάνει ο κινητήρας. Δεν θέλουμε ξαφνικά ο κινητήρας να επιταχύνει ενώ ο οδηγός δεν πιέζει το πεντάλ επιτάχυνσης. Κάτι τέτοιο (που δυστυχώς έχει συμβεί[2]) έχει καταστροφικά αποτελέσματα. Σε ένα μηχανικό (συμβατικό) σύστημα, είναι εξαιρετικά απίθανο να συμβεί κάτι τέτοιο.
Σε ένα ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα, όπως το Drive-By-Wire, πρέπει η ECU να είναι πολύ πολύ σίγουρη για την πραγματική θέση του πεντάλ επιτάχυνσης και της θέσης της πεταλούδας αέρα εισαγωγής. Για τον λόγο αυτό, οι αισθητήρες του συστήματος αυτού είναι πιο πολύπλοκοι από έναν τυπικό αισθητήρα θέσης. Τυπικά μπορεί ένας αισθητήρας πεντάλ επιτάχυνσης (APP) να ενσωματώνει τρεις διαφορετικούς αισθητήρες θέσης που μετρούν τη θέση του πεντάλ και να ενημερώνουν την ECU (με διαφορετικό σήμα εξόδου ο κάθε ένας). Αυτός είναι και ο λόγος που ένας τέτοιος αισθητήρας έχει 6 έως 9 αγωγούς σύνδεσης (Εικόνα 5).
Εικόνα 5. Τυπικός αισθητήρας θέσης πεντάλ επιτάχυνσης.
Η ECU συνεχώς φιλτράρει (για να απορρίψει τυχαίο ηλεκτρικό θόρυβο) τα διαφορετικά σήματα από τον αισθητήρα θέσης του πεντάλ επιτάχυνσης και τα συγκρίνει μεταξύ τους. Μόνο και μόνο όταν τα σήματα αυτά αναφέρουν την ίδια θέση για το πεντάλ επιτάχυνσης η ECU θα δώσει εντολή στην πεταλούδα αέρα εισαγωγής να μετακινηθεί στην αντίστοιχη θέση.
Όλη αυτή η διαδικασία προκαλεί μία επιπλέον καθυστέρηση μεταξύ της αλλαγής της θέσης του πεντάλ επιτάχυνσης, μέχρι να ανοίξει η πεταλούδα αέρα εισαγωγής και να ανέβουν οι στροφές του κινητήρα. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να επιδεινωθεί με την ενσωμάτωση συστημάτων ελέγχου πρόσφυσης ή TCS (Traction Control System), συστημάτων ευστάθειας ή ESC (Electronic Stability Control) κτλ.
Η αλήθεια είναι πως κατασκευαστικά, ο χρόνος της καθυστέρησης σε πολλά οχήματα θα μπορούσε να είναι μικρότερος. Οι κατασκευαστές όμως θέλουν πρωτίστως ένα πολύ πολύ αξιόπιστο σύστημα. Θυσιάζουν την απόκριση στον βωμό της ασφάλειας. Και καλά κάνουν.
Τι κάνει ο Pedal Booster όμως για να μειώσει (αν τον μειώνει) τον χρόνο απόκρισης σε ένα σύστημα Drive-By-Wire; Όπως είπαμε τοποθετείται ανάμεσα στον αισθητήρα του πεντάλ επιτάχυνσης και της ECU (Εικόνα 6).
Εικόνα 6. Τοποθέτηση συστήματος Booster.
Αρχικά ας δούμε τι είναι το σήμα εξόδου του αισθητήρα. Τυπικά πρόκειται για μία τάση που αλλάζει σε σχέση με την θέση του πεντάλ. Από μία ελάχιστη μέχρι μία μέγιστη τιμή. Στην πιο απλή περίπτωση είναι μία τάση από σχεδόν 0 μέχρι σχεδόν 5 volt (στην πραγματικότητα είπαμε πως έχουμε περισσότερους από έναν αισθητήρα και περισσότερες τάσεις).
Εικόνα 7. Σήμα προς την ECU χωρίς και με Booster.
Στην Εικόνα 7 μπορούμε να δούμε (με μπλε χρώμα) την τάση εξόδου του αισθητήρα του πεντάλ επιτάχυνσης που “βλέπει” η ECU χωρίς κάποιον Pedal Booster. Η τάση αυτή είναι γραμμικά ανάλογη της θέσης του πεντάλ. Αν για παράδειγμα στο 20% της διαδρομής του πεντάλ, έχουμε τάση 1 volt, στο 40% της διαδρομής θα έχουμε 2 volt κτλ. Η κάθε αλλαγή στην θέση του πεντάλ προκαλεί μία σχεδόν ακαριαία αλλαγή της τάσης εξόδου. Η τάση αυτή μεταδίδεται στα κυκλώματα του οχήματος με ταχύτητα που τείνει στην ταχύτητα του φωτός. Αυτό που εισάγει την καθυστέρηση είναι η επεξεργασία του σήματος από την ECU.
Ένας Pedal Booster λοιπόν παρεμβάλλεται ανάμεσα στην έξοδο του πεντάλ επιτάχυνσης και της ECU, επεξεργάζεται το σήμα εξόδου του πεντάλ και στέλνει ένα αλλαγμένο σήμα προς την ECU.
Από τη στιγμή που έχουμε ένα νέο σύστημα ανάμεσα στο σύστημα “πεντάλ – ECU” θα έχουμε αύξηση της καθυστέρησης. Ναι, πολύ σωστά διάβασες. Αύξηση στην καθυστέρηση του συστήματος. Δεν μπορεί να γίνει διαφορετικά.
Πως όμως, η αίσθηση που έχει ο οδηγός μετά την τοποθέτηση ενός Pedal Booster, είναι η πιο άμεση απόκριση του κινητήρα;
Στην Εικόνα 7 βλέπουμε και την τάση εξόδου (κόκκινο χρώμα) προς την ECU, μετά την τοποθέτηση ενός Booster. Αυτό που παρατηρούμε είναι πως έχει αλλάξει η κλίση της ευθείας. Η τάση εξόδου αλλάζει πιο γρήγορα σε σχέση με την θέση του πεντάλ επιτάχυνσης και παίρνει μέγιστη τιμή πριν το τέλος της διαδρομής του πεντάλ (σημείο Α έως σημείο Β στο γράφημα). Τι σημαίνει αυτό; Σημαίνει πως ο Booster λέει στην ECU πως ο οδηγός πιέζει το πεντάλ επιτάχυνσης περισσότερο από την πραγματικότητα. Η ECU λοιπόν ξεκινά το όχημα σαν να πιέζουμε το πεντάλ περισσότερο. Πιο άμεσα, πιο γρήγορα. Τόσα απλά.
Το ίδιο αποτέλεσμα στην απόκριση του οχήματος θα έχουμε αν απλά πιέσουμε το πεντάλ περισσότερο από το συνηθισμένο κατά την εκκίνηση.
Συνοψίζοντας:
- Ένας Booster μπορεί μόνο να “πειράξει” τη θέση του πεντάλ που θα “βλέπει” η ECU. Δεν μπορεί να αλλάξει τίποτε άλλο.
- Η θέση του πεντάλ που “βλέπει” η ECU (με ή χωρίς Booster) μπορεί να είναι μόνο από 0 έως 100%.
- Η αντιλαμβανόμενη από τον οδηγό απόκριση του κινητήρα με Booster μπορεί να επιτευχθεί και χωρίς αυτόν, με κατάλληλο έλεγχο του πεντάλ από τον ίδιο.
Υποτιθέμενες Βελτιώσεις των Booster
Πιο δυνατό σήμα. Οι κατασκευαστές των Booster ισχυρίζονται πως εξαφανίζουν την καθυστέρηση κάνοντας το σήμα πιο δυνατό. Κάτι τέτοιο δεν ισχύει. Όπως είπαμε όλα τα σήματα διαδίδονται στους αγωγούς του συστήματος με ταχύτητα που τείνει στην ταχύτητα του φωτός. Η αλλαγή στον χρόνο που θα φτάσει στην ECU ένα πιο ισχυρό σήμα, είναι τόσο μικρή που δεν μπορεί να γίνει αντιληπτή από έναν άνθρωπο (δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου).
Οικονομία στο καύσιμο. Αρκετοί ισχυρίζονται πως υπάρχει βελτίωση στη κατανάλωση καυσίμου, αφού με “λιγότερο γκάζι” το όχημα πάει καλύτερα. Αστείο επιχείρημα. Είπαμε πως ο Booster λέει στην ECU πως πατάς το πεντάλ περισσότερο από όσο το πιέζεις στην πραγματικότητα.
Αίσθηση καλύτερης επιτάχυνσης του οχήματος. Είναι γεγονός αφού είναι σαν να πιέζει ο οδηγός το πεντάλ περισσότερο από όσο πραγματικά το πιέζει.
Πραγματική Βελτίωση με το Booster
Η μόνη πραγματική βελτίωση που εισάγει ένας Booster είναι η απόσταση που πρέπει να κινηθεί το πόδι του οδηγού προκειμένου να επιτύχει μέγιστη επιτάχυνση του οχήματος. Αυτό μεταφράζεται σε έναν χρόνο που αν μετρηθεί θα είναι αρκετά μικρός (δέκατο του δευτερολέπτου).
Μειονεκτήματα με Booster
Με την εγκατάσταση ενός Booster χάνουμε σε ωφέλιμη διαδρομή του πεντάλ επιτάχυνσης. Υπάρχει μία μεγάλη νεκρή περιοχή (σημείο Α έως σημείο Β στο γράφημα της εικόνας 7) που η περαιτέρω πίεση του πεντάλ δεν προκαλεί καμιά αλλαγή στη λειτουργία του κινητήρα. Αυτό σημαίνει πως έχουμε μικρότερο έλεγχο στη ρύθμιση του κινητήρα μέσω του πεντάλ επιτάχυνσης.
Αυξάνεται η κατανάλωση καυσίμου και η μετάβαση του κινητήρα μεταξύ των σημείων λειτουργίας του γίνεται πιο απότομα με αποτέλεσμα την μεγαλύτερη καταπόνηση του οχήματος και του κινητήρα.
Κατά την κίνηση σε ανώμαλο έδαφος, μικρές αλλαγές στο πεντάλ λόγω της μεταφοράς των κραδασμών στο πόδι του οδηγού, προκαλούν πιο βίαιες αλλαγές στις στροφές του κινητήρα κάνοντας τον έλεγχο του οχήματος πιο δύσκολο. Σε πολλά οχήματα οι κατασκευαστές έχουν προγραμματίσει την ECU να κάνει το αντίθετο από τον Booster, όταν ανιχνεύσουν ανώμαλο έδαφος. Μειώνουν τον μέγιστο αριθμό στροφών του κινητήρα για την ακραία θέση (100%) του πεντάλ ώστε ο οδηγός να έχει καλύτερο έλεγχο του οχήματος.
Πιθανά Θέματα Ασφάλειας
Όπως είπαμε σε ένα σύστημα Drive-By-Wire εκτελούνται πολλοί έλεγχοι για την σωστή λειτουργία του αισθητήρα στο πεντάλ επιτάχυνσης. Εδώ ανακύπτουν ορισμένα ερωτήματα σχετικά με την ενσωμάτωση τέτοιων συστημάτων ελέγχου του αισθητήρα από τους κατασκευαστές των Booster. Πως θα αντιδράσει ένας Booster εάν ο αισθητήρας του πεντάλ επιτάχυνσης δεν λειτουργήσει σωστά; Θα το ανιχνεύσει ώστε να ενημερώσει την ECU και να μεταβεί το όχημα σε ρυθμό ασφαλούς λειτουργίας;
Μα Δουλεύει!!!
Η μεγάλη πλειοψηφία των οδηγών που έχουν τοποθετήσει έναν Booster στο όχημα τους διαρρηγνύουν τα ιμάτια τους πως πραγματικά κάνουν όλα όσα υπόσχονται. Οι άνθρωποι από τη φύση μας θέλουμε να επιβεβαιώνουμε πως μία επένδυση που κάναμε είναι σωστή και έπιασε τόπο. Το φαινόμενο της “Προκατάληψης Επιβεβαίωσης[3]” (Confirmation Bias) και του “Εικονικού Φαρμάκου[4]” (Placebo), καθιστούν δύσκολη την αποδοχή των παραπάνω. Το ίδιο συναντάμε και στα συστήματα παραγωγής και εισαγωγής υδρογόνου στον κινητήρα (γεννήτριες HHO).
Αν όμως πραγματοποιηθούν μετρήσεις σε ένα σύστημα με και χωρίς Booster, όλα τα παραπάνω επιβεβαιώνονται. Στον παρακάτω σύνδεσμο μπορούμε να δούμε μερικές μετρήσεις σε ένα τέτοιο σύστημα.
Συμπέρασμα
Λοιπόν; Αξίζει να βάλω ένα τέτοιο σύστημα σε κάποιο όχημα; Είναι ένα σύστημα που ξεγελά την ECU του οχήματος και τον ίδιο τον οδηγό. Σε αρκετές περιπτώσεις υπάρχουν αμφιβολίες για την αξιοπιστία και την ποιότητα των συσκευών αυτών. Όποιο όφελος δεν αντισταθμίζει τα μειονεκτήματα και το κόστος του. Κατά την γνώμη μου όχι. Δεν αξίζει.
Παραπομπές:
Σπούδασε στη Σχολή Μηχανολογίας του ΙΕΚ ΔΕΛΤΑ