| ELETTRONICA MOTOGP: UN "COME ERAVAMO" DEL 2008
di Maurizio MAK Ottomano - 2011
Mi sono preso la briga di leggere e riassumere, in modo spero comprensibile ai più, un vecchio articolo del 2008, capitato sotto i miei occhi qualche tempo fa. Certo lo scenario apparirebbe, di primo acchito, molto simile a quello odierno ma, tra le righe, alcuni passaggi sembrano attirare un interesse particolare, alla luce degli ultimi avvenimenti nella Motogp. Sono forse solo alcune frasi pronunciate dai tecnici del settore, a dirigere probabilmente la nostra attenzione; qualche punto focale viene ben sviscerato nonostante il gergo tecnico sia abbastanza invasivo per la prosa. Quello che il lettore dovrà tener presente è a parer mio molto importante: siamo a metà stagione 2008. Nel frattempo il tutto è tecnologicamente cresciuto esponenzialmente ogni anno. Quindi, stiamo parlando delle zie anziane, se non delle nonne, delle ECU attuali, contando che già all'epoca nessuno raccontava tutto, ma proprio tutto.
L'articolo da cui ho tratto questi passaggi è di David Carey.
Il quasi assurdo rapporto peso-potenza della MotoGP, ha portato le squadre a perseguire un sofisticato apparato di controllo per aiutare i piloti e una delle domande primarie ruota intorno all'autonomia nel controllo della moto durante la gara. Dal momento che per regolamento è fatto divieto di apportare modifiche in corsa, modifiche in tempo reale (NdM con telemetria bi-direzionale) - come i tempi di accensione e la mappatura dell'acceleratore/carburante – il tutto deve essere fatto dal pilota e dagli impianti di bordo che determinano autonomamente se, come e quando. E' poco chiaro come queste decisioni siano guidate dagli input sensoriali. Se la situazione della moto in pista richieda un'equazione di controllo e, se sì, come si possa farla agire in modo affidabile. Com'è l'applicazione della valvola a farfalla modulata con l'elettronica dal pilota tramite il "ride-by-wire", secondo l'equazione aria / erogazione di carburante? Cosa c'è da misurare, quali dati offrono i sensori e come li utilizzano e raccolgono le squadre? In un oceano di dati, come si fa a nuotare nella giusta direzione per migliorare le prestazioni?
Danilo Casonato è capo ingegnere EFI per la Kawasaki; egli è un ingegnere elettronico che ha iniziato la sua carriera in Aprilia per poi passare in Kawasaki nel 2002. Pass Paddock e blocchetto per appunti in mano, ho avuto il piacere di parlare dell'hardware della GP studiando attentamente da vicino e imparando a conoscere, i componenti elettronici dal potere unico, all'interno di queste moto.
Le MotoGP hanno un rapporto potenza / peso di circa tre volte quella delle moto di produzione 600cc Kawasaki. Al di là dell'ingegneria meccanica, del montaggio peculiare e dei pneumatici dedicati, l'elettronica è al centro della gestione della potenza della Kawasaki MotoGP.
I sistemi di bordo effettuano mansioni sia di raccolta dati che di gestione del motore, con lo sviluppo esterno possibile di questi ultimi. Secondo Casonato, «gran parte del tempo si passa ottimizzando i dati del circuito con quelli acquisiti in tempo reale, adattandoli al TC fornito dall'ECU e dai suoi sistemi associati. L'ECU solitamente mantiene il corretto rapporto delle miscele di gas-aria, dell'iniezione del carburante, e della scintilla, ma nelle GP con motori a 18.000 giri, l'ECU ed il suo software vengono portati ai limiti della raffinatezza e del fine-tuning.
Naturalmente, il tutto non avviene su un banco prova, ma i miglioramenti specifici sono una sovrapposizione dei dati già inseriti con quelli acquisiti in tempo reale, per ogni circuito. Casonato descrive questa tecnica come "una delle prime che attua il controllo in previsione delle azioni del pilota". In parole povere, questo significa probabilmente che la possibilità di intervento può essere regolata in modo più o meno invasivo, a seconda della localizzazione immediata della moto in un punto su una pista specifica. Se e quando le cose andassero fuori fase, al di là dell'intervento primario del pilota, l'elettronica è progettata per ulteriori misure tese a risolvere il problema.
L'ECU della ZX-RR è della Magneti Marelli, la cui Marvel 4 è stata progettata specificamente per applicazioni racing. La Marvel 4 contiene due 40-Mips microprocessori RISC e un DSP 80-MFLOPS insieme a due FPGA. Il processore RISC è unito a 1 Mbyte di memoria non volatile di memoria flash e 64 kbyte di RAM, e il DSP ha una quantità simile di flash , ma 512 Kbyte di RAM. Un sistema di acquisizione dati interno alla Marvel 4 dispone di 128 Mbyte di storage in grado di raccogliere dati provenienti da ben 512 canali ad un massimo di 1.000 Hz.
La Marvel 4 implementa anche un'interfaccia Ethernet per i dati di download / upload, e le moto sono costantemente in grado di immagazzinare i dati registrati e riconfigurare la base elettronica. La moto è in grado, tramite una interfaccia con il cruscotto, di trasmettere i dati richiesti al pilota.
I controlli della Kawasaki possono separare i dati di registrazione dei sistemi 2D; 2D fornisce alla ZX-RR i grafici in LCD con solo una serie di sette indicatori per le informazioni di sistema per il pilota..
Anche Andrea Dosoli tecnico EFI della Kawasaki, conferma che il GPS è la via da seguire per avere la posizione affidabile in pista, anche se il sistema di navigazione inerziale rimane afflitto da rumori e da ambiguità del segnale.
Per essere sicuri, comunque, la raccolta di dati per una successiva analisi si basa sulla posizione GPS , mentre le decisioni immediate dipendono da sensori di apprendimento con una precisione sufficiente per gestire risposta della moto agli input del pilota ed ai comportamenti della moto stessa. Dosoli ha indicato che i sensori di accelerazione, angolo di inclinazione laterale frontale e ruota, GPS e velocità, con tempi di sospensione della ruota anteriore, sono i parametri più importanti per il controllo in tempo reale di una MotoGP.
Lo spin controllato della ruota può essere lo strumento principale di un pilota per andare veloce, ma troppo controllo può provocare un drammatico "high-side", che disarcionerebbe il pilota dalla moto in maniera pericolosa.
Confrontando la velocità della ruota anteriore e della ruota posteriore con il GPS e la velocità con i giri motore, la moto può "vedere" quando è richiesta dal sistema di controllo della trazione (TCS), una risposta nulla di gas in ingresso, al fine di mantenere il grip. In realtà, per chiarire basta chiedere ai piloti provenienti dalle corse di derivate di serie: trovano in MotoGP un grip dei pneumatici senza precedenti per il TCS, ride-by-wire, e molteplici altri controlli basati sui sensori.
Quindi, quanto influiscono i controlli elettronici in sistemi come quello di Kawasaki?
Naturalmente la squadra non lo dirà mai pienamente, ma Dosoli ha riconosciuto una serie di almeno 50 sensori a bordo, tutti comunicanti su ECU multiplexati / datalogger feed con bus CAN. Trenta sensori analogici uniti a quattro monitor di temperatura, gas di scarico livello di ossigeno (lambda), e una miriade di altri sensori digitali. I controlli ECU e la registrazione dati possono arrivare a "valutare lo stress per la leva del cambio piede e passare su elettronico per utilizzare il taglio di temporizzazione accensione-out durante i cambi di marcia senza frizione”. Il tutto tramite frequenze di campionamento in KHz.
Yamaha Tech3 tuning
I diversi approcci per l'elettronica da corsa all'interno della MotoGP sono stati evidenziati da Andrew Griffith, ingegnere di uno dei team Yamaha di MotoGP. Griffith ha una laurea in Ingegneria dell'Università di Swansea in Galles. Griffith ha detto che ci sono squadre che costruiscono "in-house" le ECU, e altre come Kawasaki, Yamaha Tech3 che utilizzano Magneti Marelli per il controllo motore ed i sistemi 2D per registrazione dati e dei sistemi sensoriali. Anche se con similitudini con l'approccio di Kawasaki, il team di Griffith ha scelto un completo sistema di throttle-by-wire. Cavi fisici da acceleratore nel vano motore esistono ancora – ma solo per fornire al pilota un feeling convenzionale: la Yamaha ha scelto di interporre completamente un controllo elettronico per la valvola a farfalla del motore e un organismo di controllo tra ingresso richiesto in modo fisico dal pilota e la risposta del motore. Yamaha impiega anche una vasta gamma di sensori sulla moto, insieme ad accelerometri e giroscopi, GPS di bordo per la codifica dei dati;
ma anche Griffith come Dosoli racconta della natura ancora fragile del GPS come dato affidabile per il controllo in tempo reale del posizionamento. Griffith sotiene la necessità di semplicità di questo controllo di sistema, perché se eccessivamente complesso, porterebbe a problemi relativi a questioni di sicurezza.
Anche se a volte"disattivato per sessioni di qualifica", il TCS ed il controllo anti-wheeling sono aree di interesse per la Yamaha durante la gara. A bordo molti altri sensori possono svolgere un ruolo nel TCS, ma "le differenze di velocità anteriore e posteriore sono i parametri chiave che devi avere per farlo funzionare", dice Griffith. Dal momento che i piloti a volte hanno bisogno di erogazioni minori e più soft, Griffith indica che sia meglio avere il controllo in una finestra di rotazione ammissibile, al posto di un controllo di trazione integrale full-time. A tal fine, Griffith e la sua squadra sembrano apprezzare la necessità di un pilota di sentirsi al controllo della moto, cercando una ottimizzazione tra il pilota e ciò che serve per controllare la moto elettronicamente.
Come i suoi concorrenti, Yamaha non può comunque restare indietro nello sviluppo. Il team sta utilizzando una "nuova filosofia quest'anno," (NdM 2008) ma Griffith non ha rivelato molto di più a causa di problemi di concorrenza. Quando è stato chiesto in merito allo sviluppo di una posizione base, in tempo reale, con sistema di controllo autonomo, l'unica risposta è stato un sorriso ed il suggerimento che “questa sarà una direzione possibile". Il silenzio dice ad alta voce che un simile approccio è certamente nelle loro menti, se non già sulle loro moto.
Suzuki
Tom O'Kane è un ingegnere che ha anche una formazione mirata agli sport motoristici. O'Kane, come Griffith e Dosoli, ebbe la fortuna di sapere "cosa voleva fare", diventando capo tecnico del pilota Suzuki Chris Vermeulen. O'Kane condivide inoltre una visione olistica dell'uomo e della macchina quando si avvicina al suo lavoro. Come la Kawasaki e Yamaha, le Suzuki sono moto a pieno carico elettronico con GPS, accelerometri a 3 assi, giroscopi a 3 assi e "30 plus" sensori su tre bus CAN, tutti utilizzati per un mix di ottimizzazione a configurazione rapida per una più dettagliata analisi dei dati. Sistemi 2D per l'elettronica cruscotto, sensori di sistema e registrazione dati, mentre Mitsubishi fornisce la tecnologia ECU. O'Kane è stato più diretto sulla questione della gestione del motore location-based. La conoscenza della posizione in pista ed i dettagli delle caratteristiche traccia può, in teoria, permettere di migliorare gli approcci di controllo autonomo e O'Kane si spinge fino a dire che i transponder in pista possono essere combinati con interpolazioni distanza-tempo per capire la posizione esatta della moto. Tuttavia, ha anche detto del monitoraggio a 6 assi (3 assi Gyro + accelerometri a 3 assi): "descrivono come le cose si stanno muovendo, ma non vengono utilizzati per il posizionamento inerziale a causa di rumori fuori asse e da errori derivanti dai sensori". Le discussioni di attuazione del sistema di controllo e di campionamento dei dati / filtraggio in uso alla Suzuki presto si sono trasferiti nel regno del "non stampatelo", ma è sufficiente dire che le cose stanno in modo abbastanza scientifico.
Nel regno del controllo della trazione, O'Kane è d'accordo con gli altri ', dicendo che “più la potenza è bassa più è facile da controllare" riferendosi alle 800 cc rispetto alle 990-cc. Tuttavia, la gestione dei dati ECU riguardo alla curva di potenza del motore per fornire una risposta lineare e prevedibile e, quindi, la massima fiducia per il pilota, deve essere piena, pur lasciando spazio sufficiente per i piloti per ottenere alcuni slittamenti della ruota posteriore quando lo vogliano.
Nonostante tutte le tecnologie protese a far vincere, O'Kane, come Griffith in Yamaha - ha detto che a volte i dati non mostrano particolari differenze ed il pilota deve andare a sensazioni. Come Kawasaki, Suzuki utilizza un sistema ride-by-wire “mezzo e mezzo” con il mantenimento di parte del controllo tradizionale dei corpi farfallati per dare al pilota un forte senso di connessione con la macchina. La condivisione di conoscenze tra le Suzuki MotoGP e la squadra Superbike è uno dei vari metodi utilizzati per cercare di gestire “misura e sensibilità”.
Sistemi 2D sensibilità di rilevamento
Ultima fermata con Dirk Debus, tedesco co-fondatore di 2D Systems, principale fornitore di sensori e sistemi di data logging del mondo MotoGP. Laureato alla Hertz Alma Mater Universität di Karlsruhe, Debus è conosciuto come l'uomo che sta dietro alla gran parte della trasmissione sensoriale alle ECU. Debus ha parlato delle sfide di monitoraggio in un ambiente dove 30-G livelli di rischio rumore e vibrazioni fanno passare in secondo piano i segnali di interesse che sono di 1-1,5-G.
Open-approccio sistemico
Debus parla della necessità di un approccio open-sistema per evitare una "monocultura di componenti", che sono troppo specializzati e troppo critici. In entrambi, i sensori e sistemi di visualizzazione, 2D deve lavorare con tutti i produttori di centraline - Magneti Marelli, Honda e Mitsubishi, tra gli altri – con flessibilità nella progettazione delle interfacce che è la chiave per poter dotare tutte le squadre dei propri componenti. Un rapporto segnale-rumore di 1:20 richiede grande cura nella scelta dei componenti, insieme al software intelligente. Alla domanda su quali accelerometri e giroscopi funzionino meglio, Debus non fa nomi, ma ha indica una certa ditta tedesca come produttrice di GP-sensori di fiducia.
E' divertente sentire Debus rispondere alla domanda su cosa sia più difficile da trattare con la risposta secca "I piloti!". Come Ingegnere Debus è sempre comprensibilmente in lotta con i capricci del feedback umano ma, come ex-pilota egli stesso, si può forse dire che abbia trovato un modo per rispondere senza farlo.
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