電子產(chǎn)品在一級方程式中的重要性

什么在一級方程式中提供了更好的優(yōu)勢 - 車手的技能還是經(jīng)過微調(diào)的機器？這場爭論在 1980 年代隨著一級方程式 (F1) 汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展而爆發(fā)。工程師們不斷努力優(yōu)化賽車，調(diào)整 18,000 多個組件的配置， 包括傳感器、ECU和機械部件。

蘭多諾里斯，邁凱輪 MCL35

一級方程式工程人員跨越科學(xué)領(lǐng)域，從機械和電子到數(shù)據(jù)分析和空氣動力學(xué)。賽車隊之間的競爭轉(zhuǎn)化為技術(shù)杰作，以提高他們對賽車動態(tài)行為的理解，精確到微秒。

國際汽車聯(lián)合會 (FIA) 的嚴格規(guī)定嚴重限制了技術(shù)，以確保駕駛員的能力仍然是一個重要因素。商用車中的許多解決方案，例如防抱死制動系統(tǒng) (ABS) 和自動變速箱，在一級方程式環(huán)境中都是被禁止的。

近年來，賽車發(fā)生了根本性的變化。借助遙測技術(shù)，賽車工程師可以通過分析來自位于 F1 賽車不同位置的不同設(shè)備的 300 多個傳感器的數(shù)據(jù)來監(jiān)控和提高賽車的性能。可以實時測量數(shù)百個參數(shù)。所有數(shù)據(jù)都由記錄器收集，并使用汽車前部的天線通過無線電發(fā)送給團隊。

McLaren Racing 電子部門負責(zé)人 Stephen Watt 在接受 EE Times 采訪時說：“賽道上的賽車只是冰山一角；車隊現(xiàn)在很大程度上是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，通過圍場范圍的 5 Mbps 遙測鏈路接收到的數(shù)據(jù)以及從各種車載記錄器卸載的數(shù)據(jù)，讓賽道上和返回工廠的工程師能夠分析汽車在隔離，以及通過研究其他團隊的表現(xiàn)來進行戰(zhàn)略分析?！?/p>

現(xiàn)代一級方程式賽車是一個智能、互聯(lián)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可以以每小時 200 多公里的速度行駛。汽車每秒鐘都會向車隊發(fā)送大量數(shù)據(jù)，傳輸從輪胎磨損到發(fā)動機溫度等各種類型的信息。

ECU 和傳感器

每輛車都裝有多個 ECU。系統(tǒng)的中心是標準 ECU 或 SECU。SECU 本質(zhì)上是一臺小型但功能強大的計算機，用于控制、處理 F1 賽車的大量數(shù)據(jù)并將其傳輸給車隊。SECU 包括優(yōu)化與發(fā)動機、變速箱和差速器以及與空氣動力學(xué)系統(tǒng)的交換。SECU 還是主要的數(shù)據(jù)存儲和獲取服務(wù)，它通過遙測向車隊和比賽控制提供實時值。這使團隊能夠?qū)崟r可視化他們的汽車性能，檢查發(fā)動機健康狀況、輪胎退化和油耗。

SECU 由 McLaren Applied（McLaren Racing 的姊妹公司）TAG-320B 提供，并且根據(jù)法規(guī)的規(guī)定，它必須由所有一級方程式車隊運行。TAG-320B 提供了一個供車隊、動力裝置供應(yīng)商和 FIA 使用的共享平臺。TAG-320B 承載的功能從動力裝置的核心操作到通常被認為理所當然的八速變速箱無縫換檔，它允許 FIA 限制控制軟件的功能，以確保駕駛員牽引力控制等輔助工具無法實施——或者如果團隊使用它們，至少可以檢測到它們的影響。

這輛車有大約 300 個傳感器，SECU 監(jiān)控 4,000 多個參數(shù)。在典型的比賽過程中，汽車將傳輸大約 3 GB 的遙測數(shù)據(jù)以及大約 4 GB 的日志記錄；然而，這只是計算的種子。當處理并與其他來源（如音頻和視頻分析）結(jié)合時，這可能意味著一個團隊會在一個典型的比賽周末留下超過 1TB 的有價值數(shù)據(jù)——這些數(shù)據(jù)在未來的賽事和賽季之前和期間一次又一次地被利用。

標準ECU

放置在單座上的傳感器用于監(jiān)測潛在問題；工程師可以根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)立即做出決策。例如，如果檢測到發(fā)動機溫度升高，可能是因為駕駛員離前車太近；駕駛員團隊可以提醒他離開熱尾氣，直到溫度降至敏感值以下。

傳感器分為三類：與線控功能相關(guān)的控制傳感器，如油門踏板傳感器，監(jiān)測汽車健康狀況的監(jiān)測傳感器，如液壓系統(tǒng)壓力，以及儀表傳感器，如非接觸式溫度傳感器，以監(jiān)測摩擦材料。

一級方程式賽車有很多生命，”瓦特說。“在排位賽和比賽期間，它變成了一輛輕型賽車，只安裝了我們完成比賽所需的最少設(shè)備，但即使在這種配置下，賽車也將有超過 1.5 公里的板載布線和 200 多個傳感器. 相反的極端是冬季測試，當我們驗證汽車時，它幾乎變成了車輪測試實驗室。

“對高質(zhì)量數(shù)據(jù)的需求塑造了我們所做的很多事情，”他繼續(xù)說道。“多年來技術(shù)和運動規(guī)則的變化以及賽道測試的減少，越來越強調(diào)每次在賽道上運行時對賽車的深入了解。在 Covid-19 大流行之后，一級方程式法規(guī)最近發(fā)生的變化旨在通過凍結(jié)汽車開發(fā)的某些領(lǐng)域來減少支出，這再次改變了這一挑戰(zhàn)，使我們在成本和供應(yīng)鏈方面看起來比以往任何時候都更加努力，并最大限度地提高了我們?nèi)匀粨碛械淖杂深I(lǐng)域?！?/p>

自 2014 年以來，F(xiàn)IA 開始要求使用流體流量計 (FFM)。FFM 還使用超聲波來測量流體流量，這確保了對車輛燃油性能的非常準確的讀數(shù)和即時分析。超聲波流體流量測量需要使用兩個壓電換能器。這些換能器相互發(fā)送超聲波脈沖，并使用飛行時間計算來確定流體流速。

文章來源：姊妹刊物 EE Times

編輯：ymf