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Telemetria ed Analisi Dati – Le informazioni fondamentali in ottica prestazione e sviluppo – Parte 1

La particolare stagione 2020 è giunta al termine ed è già tempo di test per il circus con l’obiettivo di portare in pista nel 2021 monoposto quanto più possibile vicine alla performance ideale.

L’obiettivo generale nel motorsport è quello di progettare un veicolo che possa percorrere una certa distanza ( giro di pista) nel minor tempo possibile.

A tal fine, il lavoro di raccolta e analisi dati sia in tempo reale che non è essenziale per capire e migliorare la performance sul giro del pilota in qualsiasi categoria egli competa. Basti pensare che in un giro di pista, una monoposto di Formula 1 genera 35 megabyte di dati da analizzare, il che significa per un team raccogliere circa 30 gigabyte di informazioni per un intero weekend di gara con entrambe le vetture.

Come di consuetudine per SalaStampaF1.com cerchiamo di andare oltre quelli che sono già i riferimenti in letteratura e nel web di ciò che è la telemetria, e proviamo a dare un chiarimento con alcuni esempi pratici.

La scienza di acquisizione dati (Data Loggin) si occupa di captare, analizzare ed interpretare tutti i dati fisici che provengono dal veicolo.

È facile capire come le grandezze fisiche che si esplicano nell’interazione ‘veicolo – suolo’ sono determinanti in ogni area della performance intesa come informazione sia in pista ma anche in Factory; pensiamo alla velocità – accelerazione degli pneumatici o di alcuni componenti meccanici, temperature di alcune aree sensibili come i dischi dei freni oppure la pressione dei fluidi operanti nei vari sottosistemi idraulici all’interno del veicolo. Una delle “difficoltà” in fase di progetto di un sistema di acquisizione dati, è quella di configurare un sistema di misurazione adeguato in grado di rilevare le variazioni delle grandezze fisiche in esame nella maniera più precisa possibile per il sistema in esame.

La registrazione dei dati, come suggerisce il nome (Data Log), è la registrazione delle informazioni misurate durante il tempo di marcia dell’auto che ovviamente servirà non solo per un ‘riferimento’ in tempo reale per pilota ed ingegneri, ma anche e soprattutto per un’analisi più approfondita una volta rientrati ai box.

Queste informazioni vengono quindi registrate durante uno o più giri di pista sulla memoria fisica situata all’interno del Data Logger e successivamente vengono trasferite su PC per l’analisi dati. Questo consente quindi di creare un registro in cui è possibile stabilire parametri di funzionamento ottimale per le determinate prove , grazie al confronto dei dati.

È bene ricordare che l’analisi di acquisizione dei dati è cosa diversa dalla telemetria; la confusione nasce dal fatto che entrambi sono simili, difatti un’acquisizione è la registrazione di informazioni per un’analisi successiva richiesta al Data Engineer che scarica i dati dal DAS ( Data Acquisition System) e ne analizza i contenuti.

La telemetria, d’altra parte, è la registrazione di informazioni per l’analisi istantanea e ciò significa che i dati, e quindi le informazioni raccolte dai sensori nel veicolo, vengono trasmessi via radio (o mezzi simili) ad un ricevitore che generalmente è posizionato al Box o nella postazione in pitalane.

La misurazione e lo studio dei parametri fisici che riguardano un veicolo in moto ha avuto una grande spinta negli anni ’70, con  l’avvento della fisica dei semiconduttori e le applicazioni elettroniche di sviluppo.

In passato infatti erano richieste apparecchiature piuttosto ingombranti per analizzare caratteristiche e fenomeni riguardanti i veicoli.

Dagli anni ’80 in poi sono apparse le ECU (Engine Control Unit) cosiddette Centraline di controllo dei parametri motore che, grazie alla rete di sensori parallelamente evolutasi, ha reso possibile il controllo e la gestione di parametri fisici fondamentali come ad esempio l’iniezione del carburante , il tempo necessario per la formazione della scintilla di accensione ed altre informazioni essenziali.

Ovviamente alla centralina non è richiesto solo “il compito” di controllo e lettura di questi parametri, ma anche l’intervento in tempo reale per la correzione dei parametri istantaneamente, al fine di aumentare l’efficienza di funzionamento contrastando la cosiddetta variazione ciclica. Al lettore questo può creare confusione, ma il motore a combustione interna non è una macchina regolare nel senso che, fissate in input delle variabili fisiche cosanti (ad esempio temperatura, pressione, carico) non avremo in output le stesse variabili ad ogni ciclo motore. Da questo si comprende l’enorme salto di qualità che ha investito l’industria dell’auto da fine anni ’80 nei vari settori di interesse.

La centralina come una sorta di “cervello” adatta i parametri adeguati in riferimento all’ambiente.

Le moderne auto di Formula 1, così come anche le vetture commerciali, sono dotate di un numero sempre maggiore di dispositivi elettronici, anche molto sofisticati, rispetto al passato: differenti tipi di sensori, attuatori, sistemi di navigazione, sistemi per il controllo della stabilizzazione ed il controllo della trazione, sistemi multimediali audio e video, e così via. Tutti questi dispositivi richiedono di essere connessi tra loro, scambiandosi informazioni relative alla funzionalità che stanno supportando, permettendo il monitoraggio del loro stato operativo.

Nel recente passato la trasmissione di queste informazioni avveniva in modo convenzionale attraverso conduttori di tipo segnale dedicati; cablaggio di tipo “point-to-point”, e questo richiedeva un enorme dispendio in termini di lunghezza cavi e connettori ma soprattutto in termini di sezione di cablaggio multi cavo che rendeva difficoltoso gestire gli ingombri; basti pensare che per ogni 50Kg di cavi si ha un incremento del consumo di carburante di 0.2 litri/100 km (autoveicoli convenzionali).

Cablaggio in veicoli moderni

Per tale ragione si è ricorsi a metodi di comunicazione basati su BUS (Communication System that transfers data between components inside a computer), cioè su interfacce standardizzate che consentono di collegare numerosi elementi utilizzando un unico cavo; così a metà anni ’80 la Bosch ha introdotto un protocollo di comunicazione seriale, il CAN (Controller Area Network) che è un Bus seriale di comunicazione digitale di tipo broadcast che permette il controllo in tempo reale di informazioni con un livello di sicurezza elevato.

Nel corso degli ultimi anni molte aziende di informatica – elettronica hanno proposto svariate soluzioni software più o meno accessibili dal punto di vista commerciale, che permettono di approcciare l’analisi dati anche a livello amatoriale; solitamente insieme al software di gestione dati le aziende forniscono anche l’apparato Hardware utile allo scopo.

Ing. Daniele Musco

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