Mobil Formula 1 dilengkapi dengan berbagai sensor dan sistem elektronik yang digunakan tim untuk bekerja dengan berbagai macam data.
Bagaimana Anda bisa sukses di Formula 1 - melalui keterampilan seorang pilot atau mobil yang disetel dengan baik? Kontroversi ini meletus pada 1980-an ketika penggunaan sistem elektronik di bola api mulai meningkat. Para insinyur bekerja tanpa lelah untuk mengoptimalkan mobil balap, menyesuaikan konfigurasi lebih dari 18.000 komponen (termasuk sensor, unit kontrol, dan suku cadang mekanis).
Tim teknis Formula 1 bekerja di berbagai bidang ilmiah - mulai dari mekanika dan elektronik hingga analisis data dan aerodinamika. Persaingan antar tim balap menjadi kompetisi teknologi untuk mencapai pemahaman yang lebih baik tentang dinamika perilaku kendaraan, hingga mikrodetik.
Peraturan FIA (International Automobile Federation) yang ketat sangat membatasi penggunaan teknologi untuk memastikan bahwa pentingnya keterampilan aerobatik tidak hilang dalam balapan. Banyak teknologi dan solusi yang diterapkan pada kendaraan komersial (seperti ABS dan transmisi otomatis) dilarang untuk digunakan pada mobil Formula 1.
Mobil balap telah mengalami perubahan signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Berkat telemetri, para teknisi balap dapat memantau dan meningkatkan performa mobil dengan menganalisis data dari lebih dari 300 sensor dari berbagai perangkat yang terletak di berbagai titik di mobil Formula 1. Ratusan parameter dapat diukur secara real time. Semua data dikumpulkan oleh logger dan dikirim ke perintah melalui radio menggunakan antena yang terletak di bagian depan kendaraan.
Berbicara kepada EE Times, Stephen Watt, kepala elektronik di McLaren Racing, berkata: “Mobil di lintasan hanyalah puncak gunung es; sekarang tim sangat bergantung pada data. Transmisi data dilakukan melalui jaringan 5-Mbps yang membentang di seluruh paddock. Insinyur juga menggunakan data lokal yang diunduh dari penebang onboard. Semua ini memungkinkan para insinyur untuk mengevaluasi performa mobil di lintasan dan karakteristik pabrik, yang memungkinkan mereka menganalisis performa mobil, serta menyesuaikan strategi mereka sesuai dengan performa tim lain. Mobil Formula 1 yang canggih adalah sistem pemrosesan data jaringan yang cerdas yang mampu melaju dengan kecepatan lebih dari 200 kilometer per jam. Sejumlah besar data dikirim dari mobil ke teknisi setiap detik,dan susunan ini berisi data tentang segala hal mulai dari kondisi ban hingga suhu mesin. "
ECU dan sensor
Setiap kendaraan dilengkapi dengan beberapa ECU. Di tengah sistem adalah ECU standar atau SECU. Faktanya, SECU adalah komputer kecil tapi sangat kuat yang mengelola data dalam jumlah besar, serta memproses dan mentransfernya dari mobil Formula 1 ke tim. SECU mengoptimalkan komunikasi dengan engine, gearbox, dan differential serta dengan sistem aerodinamis. SECU juga merupakan unit penyimpanan dan pengumpulan data primer yang menyediakan data telemetri waktu nyata kepada tim dan manajemen balapan. Hal ini memungkinkan tim untuk memvisualisasikan kinerja kendaraan mereka secara real time dengan memantau kesehatan mesin, keausan ban, dan konsumsi bahan bakar.
Model SECU TAG-320B dipasok oleh McLaren Applied (anak perusahaan McLaren Racing) dan, menurut peraturan, unit ini harus digunakan oleh semua tim Formula 1. TAG-320B memungkinkan Anda membuat platform tunggal yang dapat digunakan oleh tim, pemasok powertrain (untuk memantau pengoperasian perangkat) dan FIA. TAG-320B dilengkapi dengan komponen powertrain dan transmisi delapan kecepatan. TAG-320B juga memungkinkan FIA membatasi fungsionalitas perangkat lunak untuk mengontrol berbagai sistem - ini memastikan bahwa tim tidak dapat menerapkan sistem bantuan pengemudi seperti kontrol traksi (atau dampaknya pada aerobatik dapat dipantau jika tim diizinkan untuk menggunakannya)
Sekitar 300 sensor dipasang di mobil, dan SECU memantau lebih dari 4000 parameter. Selama balapan rata-rata, mobil mentransmisikan sekitar 3 GB data telemetri, serta sekitar 4 GB log, dan data ini hanya menjadi dasar dari semua penghitungan. Saat memproses dan menggabungkan data dari sumber lain (misalnya, saat bekerja dengan data audio dan materi video), bisa jadi tim tersebut harus bekerja dengan satu terabyte data penting selama balapan akhir pekan rata-rata - dan data ini harus dikembalikan lagi dan lagi selama kompetisi dan musim yang akan datang.
Sensor di kursi tunggal digunakan untuk melacak potensi masalah. Insinyur dapat langsung membuat keputusan berdasarkan data yang dikumpulkan. Misalnya, jika peningkatan suhu mesin terdeteksi, Anda dapat mengetahui bahwa alasannya mendekati mobil di depan. Dalam hal ini, teknisi dapat memberi tahu pilot bahwa dia perlu keluar dari awan knalpot dan menghindarinya sampai suhu turun ke nilai yang dapat diterima.
Ada 3 kategori sensor: sensor kontrol yang terkait dengan penggerak servo (misalnya, untuk memantau keadaan pedal gas), sensor untuk memantau kondisi kendaraan (misalnya, tekanan hidrolik), dan sensor instrumen (misalnya, sensor suhu non-kontak untuk melacak pelumas).
Mobil Formula 1 memiliki beberapa kehidupan. Selama kualifikasi dan balapan, ini menjadi mobil balap ringan dengan perlengkapan minimum yang diperlukan untuk menyelesaikan balapan (meskipun dalam konfigurasi ini, mobil akan memiliki kabel lebih dari 1,5 km dan lebih dari 200 sensor). Di ekstrem lain adalah tes musim dingin, di mana tes lengkap mobil dilakukan, dan berubah menjadi laboratorium uji di atas roda.
Sebagian besar pekerjaan kami didorong oleh permintaan akan data berkualitas tinggi. Perubahan berkala dalam regulasi teknis dan olahraga, serta pengurangan jumlah tes di lintasan, telah meningkatkan pentingnya pemahaman yang mendalam tentang cara kerja mobil saat berada di lintasan.
"Perubahan terbaru pada peraturan Formula 1 yang disebabkan oleh pandemi COVID-19 bertujuan untuk mengurangi biaya dengan membekukan area pengembangan mobil tertentu. Perubahan ini juga mengubah misi kami dan membuat kami memantau anggaran dan rantai pasokan tidak seperti sebelumnya - semuanya untuk mendapatkan hasil maksimal dari area di mana kami memiliki kebebasan, "- kata Watt.
Sejak 2014, FIA telah mewajibkan penggunaan pengukur aliran untuk berbagai cairan (sensor FFM - Pengukur Aliran Cairan). Sensor FFM menggunakan ultrasound untuk mengukur aliran fluida guna memastikan pembacaan yang akurat dan memberikan analisis bahan bakar instan. Pengukuran ultrasonik membutuhkan dua transduser piezoelektrik. Sensor ini mengirim pulsa ultrasonik, menerimanya kembali, dan melakukan selang waktu untuk menentukan laju aliran.
Telemetri
Telemetri diperkenalkan pada akhir 1980-an dan telah berkembang secara signifikan selama bertahun-tahun. Saat ini, bahkan dalam hitungan detik, lebih banyak data yang dikumpulkan dan diproses dibandingkan tahun-tahun tersebut - karena itu, teknisi balap memiliki kesempatan untuk memberikan saran taktis kepada pilot secara real time.
Telemetri dan sistem analisis data digunakan di berbagai bidang. Mesin, rem mesin, kontrol torsi, injeksi mesin, dan pengapian adalah semua parameter yang dapat dikontrol dengan teknologi ini. Selain itu, menggunakan sistem telemetri dan analisis data, sasis, ban, sistem akselerasi, kecepatan mobil dan kontrol aerodinamis yang menggunakan koefisien permeabilitas mobil sangat erat kaitannya.
Berbicara tentang telemetri di Formula 1, Stephen Watt berkata sebagai berikut: “Telemetri sebagai istilah tidak selalu digunakan dengan benar di Formula 1, biasanya digunakan untuk merujuk pada transmisi nirkabel dari data yang dihasilkan di SECU dan dikirim ke para insinyur di dalam kotak. Sistem telemetri yang digunakan di Formula 1 telah berubah secara signifikan dalam hal pragmatisme dalam beberapa tahun terakhir "
Watt juga menyatakan bahwa" sebelumnya, masing-masing tim menggunakan sistem telemetri radio sendiri di trek, "lanjutnya," dan akibatnya, kotak-kotak itu tampak seperti hutan tiang. tinggi lebih besar dan lebih besar. Tentu saja, spektrum frekuensi radio kelebihan beban, dan ketika sampai pada kenyataan bahwa instalasi ini perlu diangkut ke seluruh dunia dan menyesuaikan dengan peraturan daerah tentang spektrum frekuensi, semuanya tampak seperti mimpi buruk.
“Selain itu, sistem ini sering tidak menyediakan cakupan penuh di beberapa rute (seperti Monaco dan Singapura), jadi beberapa tim mulai memasang repeater di atap hotel dan hal-hal seperti itu. Untungnya, FOM dan FIA ikut serta dalam permainan dan menerapkan sistem komunikasi standar yang menyediakan komunikasi suara dengan pilot dan telemetri untuk semua tim. FOM sekarang menerapkan sistem AP umum di sekitar lintasan dan mengirimkan data terenkripsi dari setiap mobil ke garasi tim melalui serat optik, ”katanya.
Dia menambahkan: "... telemetri adalah bagian penting dari pekerjaan semua tim Formula 1 saat ini. Karena kombinasi kerumitan mobil dan powertrains, dan aturan olahraga yang mengharuskan tim untuk menyimpan mesin dan transmisi untuk berbagai balapan, tim hampir pasti tidak akan mengendarai kendaraan yang tidak dilaporkan. Data ini dikumpulkan menggunakan satu set sensor dan telemetri, yang memungkinkan para insinyur untuk mengambil tindakan sebelum kesalahan menyebabkan kerusakan besar pada komponen powertrain. dikoreksi, ini dapat menyebabkan waktu trek yang terbuang, atau bahkan penalti bagi tim. "
Sensor membantu memantau dan mengoptimalkan performa mobil dan pengemudi dengan mengumpulkan data tentang pengereman, kecepatan menikung, kotak roda gigi, putaran roda, masa pakai kotak roda gigi, dan kisaran kecepatan di mana mesin paling efisien. Data ini digunakan untuk menganalisis kinerja mesin secara waktu nyata, memungkinkan para insinyur untuk bertindak atas situasi tersebut dan memecahkan masalah dari jarak jauh dan dengan demikian meningkatkan efisiensi mesin.
Beberapa kendala terbesar untuk sukses adalah kondisi keras yang muncul selama balapan karena suhu dan getaran yang berlebihan yang mengurangi keakuratan sensor dan, pada akhirnya, ECU itu sendiri. Komponen elektronik harus bekerja seefisien mungkin - termasuk dirancang untuk mengurangi faktor penyimpangan. Drift adalah hilangnya presisi yang terjadi seiring waktu, mengakibatkan kerusakan komponen dan kerusakan mesin yang tidak dapat diperbaiki. Dengan ratusan (atau lebih) sensor di mobil balap rata-rata, beban keseluruhan pada sistem pemrosesan data bisa sangat besar.
Debu, oli, dan kelembapan juga masuk ke dalam mobil selama balapan. Kebutuhan untuk memecahkan masalah ini menciptakan permintaan yang besar akan material - yang berarti ada tuntutan untuk sains dan ilmuwan yang mampu menghasilkan material yang sangat andal untuk kondisi yang sulit. Solusi umum untuk perlindungan getaran adalah bekerja dengan pemasangan komponen perangkat keras. Keandalan akan menurun seiring waktu jika komponen elektronik tidak dilindungi dari getaran atau tidak dirancang dengan mempertimbangkan ketahanan lelah kritis.
Sistem pengolahan data
Pengukuran yang direkam oleh sistem akuisisi data sebenarnya dilakukan oleh sensor yang dipasang di seluruh mesin. Misalnya, kecepatan sebuah mobil dapat diukur dengan menggunakan sensor Hall magnetik yang dipasang di roda, sensor optik Correvit, dan tabung pitot (kebanyakan mobil Formula 1 menggunakan tiga sensor pada saat yang bersamaan).
“Sensor kecepatan udara tabung pitot juga digunakan di mobil Formula 1, dan faktor angin juga harus diperhitungkan. Bahkan pertanyaan tentang seberapa cepat mobil Formula 1 melaju sulit untuk mendapatkan jawaban yang tepat - ini membutuhkan analisis statistik data dari berbagai sumber dan pasca-pemrosesannya, ”kata Watt.
Kecepatan putaran setiap roda diukur dengan menggunakan metode konvensional untuk memperhitungkan slip roda. Sensor lainnya adalah optik, mereka melacak trek dan GPS.
Sensor khusus dapat mengukur suhu, kecepatan sudut dan linier, perpindahan sudut dan linier, tekanan, tegangan material, percepatan, perubahan medan magnet dan indikator lainnya. Akselerometer digunakan untuk mengukur gaya-G, juga disebut "menikung". Selain itu, akselerometer dapat digunakan untuk menentukan gaya longitudinal seperti pengereman - berkisar dari 0 hingga 4G.
Posisi sensor menentukan arah mana yang dikenali. Sensor biaksial mengukur gaya kemudi dan pengereman. Deteksi suhu non-kontak sering digunakan dalam aplikasi pengereman, motor, dan bus. Sensor inframerah MEMS digunakan untuk mengukur suhu, memungkinkan pengukuran suhu non-kontak. Biasanya, sensor ini menggunakan bahan termofilik untuk menyerap dan mengukur energi infra merah yang dipancarkan oleh benda yang diukur, sehingga dapat mendeteksi suhu benda tersebut. Satu set pencitra termal yang ditujukan ke area kontak ban memungkinkan pemantauan kondisi dan kontrol pemanasannya.
“Beberapa parameter, seperti torsi dan pembacaan load cell, direkam pada frekuensi dengan orde 200 Hz, yaitu. 200 kali per detik. Jika terjadi getaran yang kuat, Anda dapat meletakkan pencatat tambahan pada mesin dan mengubah frekuensi perekaman untuk mendapatkan informasi tentang getaran di berbagai bagian mesin. Sebagai tindakan pencegahan, teknisi tim Formula 1 mengumpulkan data setiap kali mobil kembali ke pit, mengunggahnya ke server khusus. “Saat menganalisis pergerakan suspensi, log direkam pada 1 kHz, meskipun ini bisa mencapai 100 kHz atau lebih tinggi saat melakukan analisis getaran - ini seringkali diperlukan untuk memverifikasi keandalan,” kata Watt.
Telemetri dan pengumpulan data yang tepat merupakan faktor penting dalam Formula Satu karena memungkinkan para insinyur untuk mengumpulkan data dalam jumlah besar saat balapan. Data tersebut kemudian dapat diinterpretasikan dan digunakan untuk memastikan performa mobil yang optimal. Mobil Formula 1 dapat bekerja dengan dua jenis telemetri: data dikirim secara real time dalam paket kecil, dan ledakan satu kali dari susunan data besar, yang diturunkan saat mobil memasuki kotak.
Berlangganan saluran:
@TeslaHackers - komunitas peretas Tesla Rusia, pelatihan persewaan dan drift di Tesla
@AutomotiveRu - berita industri otomotif, perangkat keras, dan psikologi mengemudi
Tentang ITELMA
Baca lebih banyak artikel bermanfaat: