Guardando una gara di Formula Uno ti sei mai domandato che cosa prova il pilota nell’abitacolo, proprio in quel momento, mentre schizza tra le curve? La telemetria potrebbe trasportarti proprio all’interno di un’auto da corsa durante una gara, insieme al pilota che in quel momento sta guidando. Non si tratta di magia o di teletrasporto ma di uno scenario futuro di utilizzo di una tecnologia che già esiste e che, oggi, serve a monitorare tutti i parametri delle auto da corsa durante una gara.
Articolo gentilmente offerto da Mouser Electronics.
Con il termine telemetria ci si riferisce nello specifico al controllo in via remota di tutti i dati che vengono acquisiti a bordo delle auto da corsa e che sono fondamentali per tenerne sotto controllo le prestazioni.
Nell’ultimo decennio le corse delle auto hanno subito dei cambiamenti radicali, e grazie alla telemetria (un modo più accattivante per dire monitoraggio remoto) gli spettatori sono in grado di seguire le prestazioni individuali di ogni scuderia; inoltre, con l’ausilio di scanner radio o tramite sottoscrizione ai feed per video in streaming, è possibile ascoltare le conversazioni che avvengono all’interno dell’abitacolo o tra i piloti e la scuderia.
Auto da corsa: controllo dei parametri durante le gare
Per la telemetria, si utilizzano di solito 80 o più sensori in una macchina durante una gara; i dati provenienti da ognuno di essi vengono trasmessi in tempo reale dalla vettura alla scuderia e al pilota ad una frequenza di campionamento compresa fra 10 e 20, oppure ad un registratore di dati, presente a bordo, ad una frequenza ben più ampia, fino a 100.
Basta moltiplicare queste cifre per gli 80 o più sensori, ed ecco che si può intuire il numero enorme di dati da analizzare, principalmente per il miglioramento delle prestazioni.
Gli ingegneri di Mouser hanno incontrato John Fults e Matt Cummings, che lavorano nel team per l’acquisizione dati del team KV Racing (corre nel campionato Indycar) per discutere sull’importanza dell’elettronica in un ambiente come quello delle corse. Senza dubbio, hanno dichiarato, la più grande sfida riguarda la vibrazione, in quanto è una variabile che cambia per ogni circuito. Quando la macchina sta correndo ad oltre 300 km/h, anche le imperfezioni normalmente irrilevanti si trasformano in grossi problemi a causa delle vibrazioni; per questo motivo, i sensori devono essere particolarmente robusti e resistenti.
Durante una gara di Indycar, che cosa viene monitorato dalla scuderia? Le informazioni che vengono sia mostrate in tempo reale che registrate per l’analisi post gara, quindi i giri al minuto (RPM), la posizione dell’acceleratore, la temperatura dell’aria e dell’acqua, il livello del carburante, la pressione delle gomme, la percentuale di ossigeno nello scarico, oltre ad informazioni più dettagliate come l’accelerazione sui 3 assi o la velocità di rotazione.
Durante la gara, le vetture corrono oltre i 300 km/h, rimanendo a pochi centimetri di distanza le une dalle altre; grazie all’accuratezza dei sensori, le emittenti televisive sono in grado di fornire agli spettatori delle informazioni precise e in tempo reale sulla velocità, sui giri del motore, sull’esatta rotazione dello sterzo, oltre alla quantità di accelerazione, di frenata o di accelerazione gravitazione che viene applicata al momento.
La realtà diventa virtuale, perché anche gli spettatori possono “provare” tutte le sensazioni del pilota, una volta a conoscenza di ciò che accade sulla vettura.
Ed è la telemetria a permettere tutto ciò. I sensori devono essere in grado di sopportare urti e sollecitazioni di alta intensità, con elevate temperature del motore, vibrazioni costanti, polvere, sporco, acqua, olio e altre interferenze ambientali. I componenti elettronici appositamente realizzati per questi scopi sono dei dispositivi ad alto rendimento e ad alta temperatura, come l’ accelerometro MEMS ADXL206 di Analog Devices. L’ADXL206 è pensato per sostenere temperature utili anche nelle esplorazioni geologiche (175° C) e accelerazioni gravitazionali fino a ± 5g con un buon grado di linearità.
Non è infatti raro avere a che fare con accelerazioni da 4.5g quando si percorrono le curve di alcuni tracciati.
Murata fornisce un altro accelerometro MEMS, lo SCA3100-D07-1, che supporta fino a 6g e può operare fino a 125° C di temperatura. L'azienda sigilla ermeticamente i suoi giroscopi ed accelerometri, in modo da proteggerli da agenti chimici e particelle.
Un ulteriore esempio da considerare sono le 500 miglia di Indianapolis: durante la competizione, il collo di un pilota deve sostenere una forza pari a 3 o 4g quando curva, per 200 giri. Tutto ciò avviene con umidità e temperature altissime.
Altri sensori fondamentali durante le corse sono quelli contactless; i sensori Honeywell Digital Hall-Effect sono dispositivi piccoli e molto sensibili, progettati per rispondere all’alternanza della polarità; risultano perfetti per la rilevazione della velocità e la misurazione dei giri motore, benché possano essere utilizzati anche per la rilevazione della posizione.
Tutti questi sensori hanno bisogno di connettori e di ricetrasmittenti per le comunicazioni. Il team KV Racing utilizza il protocollo CAN per il networking all’interno della vettura. Le ricetrasmittenti CAN forniscono il protocollo e i mezzi per mettere in rete i dati provenienti da ogni parte della macchina, inviandoli da un sensore Hall alla ECU (Unità di controllo elettronico) attraverso un bus di comunicazione presente nel telaio.
Microchip, Infineon, On Semiconductor e NXP offrono ricetrasmettitori CAN che operano a temperature fino a 150° C.
Guidare in Formula Uno insieme ai piloti in tempo reale: il futuro della telemetria
L’ingegneria hardware e software ha portato l’hi-tech nello sport; oggi è infatti possibile acquisire i dati direttamente dalle automobili e trasmetterli in tempo reale in televisione, rendendoli quindi disponibili per chiunque. Se si tiene questo passo, in una decina di anni sarà magari possibile passare ad un livello successivo, cioè quello in cui i dati provenienti dalle vetture vengono utilizzati per creare dei simulatori che permettono di rivivere virtualmente, ma in tempo reale, allo spettatore, l’esperienza del pilota durante una gara. Tutta l’adrenalina della corsa senza correre però dei rischi. L’ingegneria continua ad offrirci nuove opportunità, grazie ai nuovi prodotti di aziende come Mouser Electronics, che vanta un ventaglio di oltre 3 milioni di prodotti SKU tra cui scegliere.
Come il team KV Racing, chiunque utilizza i prodotti Mouser può creare soluzioni personalizzate. Visita il catalogo!
Caspita. 80 sensori? Io pensavo fossero molti di meno. Che cosa registrano?
Comunque, avrei un dubbio. a un certo punto dite che la frequenza di campionamento è compresa fra 10 e 20. Manca l’unità di misura?
Sono campioni al secondo, il che indica una frequenza di campionamento 😉
Per quanto riguarda i sensori, invece, non so rispondere con precisione. In effetti bisognerebbe sapere esattamente quali grandezze rileva ognuno. Immagino che vengano monitorati sia i segni vitali del pilota sia pressioni e temperature nelle auto per gomme, motore ma anche velocità, accelerazione, eventuale drift, frenata.
E penso faccia capitolo a parte tutto ciò che riguarda le comunicazioni radio… 😀