Le corse automobilistiche sono cambiate radicalmente negli ultimi anni. Grazie alla telemetria, gli ingegneri di gara possono monitorare e migliorare le prestazioni della vettura analizzando dati di oltre 80 sensori di diversa tecnologia posizionati in vari punti di una vettura F1.
Introduzione
In generale, il termine "telemetria" indica la memorizzazione e l'analisi dei dati acquisiti a bordo del veicolo da corsa (auto, moto ecc.). I sensori misurano parametri e informazioni come, ad esempio, il numero di giri o la temperatura dei freni. Le misurazioni vengono quindi inviate a un dispositivo che li memorizza su una memoria interna. La telemetria è stata introdotta alla fine degli anni '80, ed è stata notevolmente sviluppata nel corso degli anni, con la FIA che ha persino permesso la telemetria bidirezionale nei primi anni 2000. Tuttavia, nel corso degli anni il governo della F1 si è mosso per limitare la quantità di dati inviati e ricevuti.
I sensori e l'analisi dei segnali sono fondamentali per il successo di un team automobilistico. I sensori aiutano a monitorare, controllare e ottimizzare sia l'auto sia il guidatore raccogliendo numerosi dati su frenata, velocità in curva, cambio, rotazione delle ruote, durata del cambio e gamma di velocità in cui il motore funziona in modo più efficiente. I dati acquisiti vengono utilizzati per un analisi in tempo reale delle prestazioni del motore, in modo che gli ingegneri del team possano agire di conseguenza per risolvere da remoto i problemi e migliorare quindi l'efficienza della macchina. Ma uno dei maggiori ostacoli al successo è il duro ambiente che le corse offrono, in termini di temperature eccessive e vibrazioni che distruggono la precisione dei sensori e, infine, il dispositivo stesso. Gli stessi dispositivi originariamente progettati per applicazioni gravose in idraulica, caldaie, motori a reazione e in campo militare condividono le stesse proprietà che li rendono robusti, con un'eccellente protezione contro l'umidità, tempi di risposta molto rapidi, resistenza alle vibrazioni e capacità a continuare a funzionare con precisione a temperature elevate per anni o milioni di cicli. Le corse includono queste condizioni estreme. I componenti elettronici devono funzionare alla massima efficienza, progettati con un basso errore di design come la riduzione della deriva. La deriva è la tendenza di un sensore a perdere la precisione nel tempo, tale da provocare danni permanenti ai componenti e guasti irreversibili al motore. Con un centinaio di sensori in una tipica auto da corsa, l'onere totale per la precisione nell'acquisizione dei dati può essere enorme (figura 1).
Figura 1: schema a blocchi della telemetria di una vettura F1
Il problema della deriva
Nel tempo, l'ambiente operativo può distruggere le performance di un sensore a causa delle vibrazioni e delle alte temperature. La deriva si verifica quando condizioni difficili causano nel tempo la perdita di precisione del sensore. In un'auto da corsa, i valori dei sensori sono molto importanti; gli ingegneri del team utilizzano i dati dei sensori per valutare le prestazioni dopo aver apportato le modifiche. Ambienti difficili abbattono i materiali, introducono rumore nel sistema e causano il caos complessivo se i componenti non sono progettati per alte temperature e vibrazioni eccessive. L'ambiente da corsa introduce anche polvere, olio e umidità. La soluzione a questa sfida porta ad una forte richiesta di materiali e quindi ad una scienza che possa realizzare componenti con materiali fortemente affidabili in condizioni difficili. La protezione convenzionale contro le vibrazioni è focalizzata sull'hardware di montaggio. L'affidabilità è compromessa nel tempo se i componenti elettronici non sono [...]
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