Elektronika wyścigów – DRAG RACING

„Czarne skrzynki” polepszają wyniki wyścigów

Rejestratory danych niegdyś uważane za wyłączną domenę dużych samolotów handlowych przeniosły się na tor wyścigowy. Niemalże wszystkie znaczące pojazdy wyścigowe wyposażone są w tak zwane „czarne skrzynki” umożliwiające rejestrowanie ciśnienia paliwa i oleju, wstrząsów, ilości obrotów silnika i sprzęgła na minutę, przyspieszenia i całego mnóstwa innych parametrów.

Kierowcy wyścigowi twierdzą, że dzięki systemom rejestrowania danych mogą poprawić swój czas na dystansie ćwierci mili nawet o “kilka setnych sekundy.” 

Stosujemy je dla każdej części pojazdu wyścigowego, – twierdzi Jimmy Mock, kierowca wyścigowy „Pro Street-Level”. Nawet nie próbowałbym ścigać się bez nich. –

Faktycznie większość kierowców wyścigowych na ćwierć mili (402 m) uważa stosowanie rejestratorów danych za czynnik decydujący o zwycięstwie bądź porażce. Uwzględniając fakt, że dzisiejsze pojazdy wyścigowe poziomu pro pokonują dystans ćwierci mili w niecałe 4 sekundy, z przyspieszeniem 0-60 mil/godz. (0-96,5 km/godz.) w 1 sekundę, a ich silniki pochłaniają ponad 3,78 litra benzyny na sekundę, czas odgrywa tu kluczową rolę. Rejestratory danych zapewniają tę przewagę czasową, umożliwiając kierowcom w wielu przypadkach uzyskanie czasu dystansu ćwierci mili lepszego o jedną bądź dwie setne sekundy w stosunku do standardowego czasu na ćwierć mili (ET).

Oferują one wiele możliwości – twierdzi Roger Conley, wiceprezes ds. marketingu i sprzedaży w firmie Racepak Data Systems, producenta produktów rejestrujących dane. Bez możliwości rejestrowania danych wszystko można interpretować w kategoriach prób i błędów. Na dodatek ta metoda prób i błędów jest bardzo subiektywna.

Wypełnianie luk informacyjnych

Oczywiście metoda prób i błędów stanowiła niegdyś podstawowy sposób oceny i konstrukcji pojazdów wyścigowych. Jednak w latach 80-tych producenci produktów elektronicznych zauważyli możliwości niszy rynkowej. Racepak, między innymi, wypuścił na rynek jednokanałowe rejestratory danych, które drukowały wyniki na przestarzałym już papierze termicznym. 

Od tego momentu możliwości rejestrowania danych szły w kierunku gwałtownych udoskonaleń, równolegle z pozostałą częścią branży przemysłu elektronicznego. Dzisiejsze systemy łączą kilkanaście kanałów. Niektóre wykorzystują czujniki pojazdu, które połączone są z centralnym procesorem za pośrednictwem magistrali danych o wysokiej prędkości.

Kierowcy mówią, że potrzebują korzystać z możliwości rejestrowania danych z dwóch powodów: po pierwsze, ponieważ ich współzawodnicy już z nich korzystają, a po drugie, ponieważ rejestratory danych umożliwiają kierowcom lepsze poznanie tego, co dzieje się pod maską silnika podczas trwania wyścigu.

Możliwości te eliminują wszelkie domysły i spekulacje, – dodaje Conley. Jeśli pojedziemy bez systemu rejestrowania danych, pozostaniemy ze skrawkiem papieru z zapisanymi wartościami odpowiednich odcinków czasu. I to wszystko na czym będziemy mogli bazować. 

Specjaliści przekonują, że systemy danych wypełniają luki pomiędzy kolejnymi odcinkami czasu. Ponieważ większość torów podają czasy ET tylko w punktach 60, 330, 660, 1,000 i 1,330 ft (18,3, 100,5, 201, 304 i 405 m), kierowcy wykorzystują rejestratory danych, aby dowiedzieć się, co dzieje się pomiędzy tymi punktami.

Bez możliwości rejestrowania danych nie wiedzielibyśmy, co faktycznie dzieje się pomiędzy tymi punktami danych – nadmienia Conley. Korzystając z możliwości rejestrowania danych, kierowca może powiedzieć, kiedy pojazd jechał wolniej i dlaczego. 

Kierowca wyścigowy Jimmy Mock twierdzi, że w celu dokonania pomiarów parametrów, takich jak ciśnienie paliwa czy ilość obrotów sprzęgła na minutę, wykorzystuje on rejestratory danych na

praktycznie „każdej części samochodu.”

Gromadzenie danych o wyścigu

Rejestratory danych działają sprawnie dzięki połączeniu czujników, oprogramowania i szybkich komputerów. RPM Performance Products, na przykład, w celu dokonywania pomiarów ciśnienia paliwa i oleju, wstrząsów i tak zwanego „ciśnienia ładowania” z turbosprężarki doładowującej korzysta z przetworników ciśnieniowych firmy Setra Systems. Czujniki ciśnieniowe dla takich zastosowań montowane są blisko silnika lub amortyzatorów. Zazwyczaj czujniki przesyłają sygnały poprzez pojedynczy przewód do wytłaczanej obudowy aluminiowej, która zawiera płytkę obwodu drukowanego montowaną powierzchniowo włącznie z mikrokontrolerem firmy Microchip Technology. Kilkuminutowe sygnały analogowe – pobierane z szybkością w przedziale od 100 do 1.000 prób na sekundę – są konwertowane i przechowywane w półprzewodnikowej pamięci EEPROM firmy Cypress, a następnie załadowywane do laptopa. RPM zawierają zazwyczaj relatywnie małą pamięć – w przedziale 512K do 2 megabajtów — ze względu na fakt, że przebieg procesu pobierania informacji jest tak krótki.

Dysponujemy wystarczającym rozmiarem pamięci pokładowej rejestratorów danych, aby rejestrować około dwóch minut danych – twierdzi Randy McMahon, prezes RPM. Możemy podzielić tę pamięć na 32 odrębne trasy.

Jednak hałas elektryczny stanowi poważny problem dla procesu rejestrowania danych. Pojazdy typu Alcohol Funny Car stosują iskrowniki o wysokiej mocy, które stanowią problem dla czujników, szczególnie tych zamontowanych blisko silnika.

Jest to najprawdopodobniej najbardziej niekorzystne otoczenie dla funkcjonowania elektroniki, – stwierdza McMahon. Może zakłócić ono sygnały przekazywane do laptopa nawet z odległości 3 m.

Osłona i odporność mechaniczna włącznie z redukcją rozmiaru przyczyniły się do rozreklamowania przetworników ciśnieniowych wśród drużyn wyścigowych. Mike Guerra z firmy Setra Systems informuje, że jeszcze dziesięć lat temu przetworniki ciśnieniowe były zbyt duże, aby mogły być wykorzystywane podczas wyścigów na ćwierć mili.

Kiedy zaproponowaliśmy mniejszy i oszczędniejszy zestaw – jak twierdzi Guerra o firmowych przetwornikach ciśnieniowych serii 3100 – zaczęliśmy odnosić pozytywne rezultaty w dziedzinie rejestrowania danych.

Inne rodzaje czujników również miały znaczący wpływ na przebieg wyścigów. W celu dokonania pomiarów przyspieszenia pojazdu firma RPM, na przykład, stosuje akcelerometr półprzewodnikowy ADXL05 firmy Analog Devices. Racepak, natomiast, wykorzystuje czujniki własnej marki przy wejściu do mechanizmu różnicowego, umożliwiając tym samym monitorowanie takich zmiennych, jak prędkość wału napędowego i ilość obrotów sprzęgła na minutę. W celu wykrycia temperatury gazów spalinowych technologia Racepak wykorzystuje również system bazujący na termoogniwach firmy Exhaust Gas Technologies.

Pomoc diagnostyczna

Kierowcy wyścigów są przekonani, że korzyści ze stosowania systemu rejestrowania danych znacznie przekraczają samą sferę wydajności pojazdu. Dzięki kontrolowaniu takich parametrów, jak ciśnienie oleju i paliwa w każdym cylindrze, ekipy wyścigów mają możliwość monitorowania relatywnego „zdrowia” swoich pojazdów.

W samochodzie zasilanym alkoholem, takim jak nasz, pomyłka może oznaczać spalony tłok – twierdzi Mock. Teoretycznie rzecz biorąc, moglibyśmy wymienić sworzeń stopy korbowodu bocznego lub pierścienie, jeśli nie same tłoki.

Drużyna Mock’a wykorzystuje również systemy rejestrowania danych do monitorowania stanu wszelkich innych komponentów, począwszy od wału korbowego, aż po sprzęgła. Dzięki możliwości porównania ilości obrotów silnika na minutę do ilości obrotów sprzęgła można wyliczyć wartość procentową poślizgu – dodaje. Natomiast znając wartość poślizgu, można sprawdzić, jaka faktycznie jest żywotność naszych płytek sprzęgieł. Bez możliwości rejestrowania danych moglibyśmy co najwyżej spekulować.

Dostawcy twierdzą, że te korzyści diagnostyczne dopiero zaczynają być w pełni rozumiane przez klientów. Diagnostyczny punkt widzenia jest sferą raczej pomijaną – dodaje Conley. Jest to punkt widzenia, o którym nikt nie chce rozmawiać, ponieważ nie ma on charakterystycznego „błysku.” Kwestia ta jest raczej mało atrakcyjna.

Jednak firmy takie jak RPM czy Racepak są w stanie zapewnić tę najistotniejszą usługę dzięki zastosowaniu oprogramowania wspomagającego przeprowadzanie diagnostyk i kontrolę wydajności. RPM, na przykład, proponuje oprogramowanie RPM Pro zawierające pakiet graficzny do badania danych na ekranie. Oprogramowanie to wyświetla wydajność względem czasu, nakładając zmienne, takie jak ilość obrotów wału korbowego na minutę i przyspieszenie w tej samej skali czasowej.

Podobnie, system V300SD firmy Racepak stosuje magistralę danych CAN (controller area network), dostarczającą informacje z czujników do kontrolerów, które następnie zapisują dane na bezpiecznej karcie pamięci cyfrowej typu SD flash podobnej do tych stosowanych w aparatach fotograficznych. Karta pamięci umożliwia użytkownikom łatwe transportowanie danych do komputerów PC, gdzie oprogramowanie przeprowadza analizę celem dokonania drobnych zmian wydajnościowych. Aby lepiej zrozumieć kwestie związane z pracą silnika, można wykorzystać przykładowo sygnały z termoogniw.

Jesteśmy w stanie wyłapać przerwy zapłonu – dodaje Conley. Jest ona widoczna jako nagłe odchylenie krzywej wykresu.

Nabieranie rozpędu

Kierowcy wyścigowi twierdzą, że korzystanie z systemów rejestrowania danych zyskuje przewagę, nawet wśród nowicjuszy. Przekonują, że ci, którzy naprawdę chcą zwyciężać, są niejako przymuszeni do stosowania rejestratorów danych z uwagi na fakt, że korzystają z nich ich współzawodnicy.

Kiedy już je wypróbujesz, już nigdy nie będziesz chciał jeździć bez nich – twierdzi Conley.

Ponadto, trend ten wkrada się również do dziedziny produkcji pojazdów. Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) opracował normy (takie jak IEEE P1616) dla „rejestratorów danych zdarzeń pojazdu mechanicznego.” Jest nadzieja, że normy te wspomogą producentów produktów elektronicznych w skonstruowaniu „czarnych skrzynek” przeznaczonych dla aut, ciężarówek, autobusów, ambulansów i wszelkich innych pojazdów. Kilka przedsiębiorstw spoza branży samochodowej, takich jak IBM, połączyło siły w celu wykorzystywania rejestratorów do stworzenia systemu elektronicznego gromadzenia i przesyłania informacji o awariach i tworzenia gigantycznych baz danych.

Wciąż jednak chęć korzystania z rejestratorów danych jest najsilniejsza w świecie wyścigów na ćwierć mili. Dostawcy twierdzą, że tak pozostanie jeszcze przez długi czas.

Ostatecznie jednak pozostaje faktem, że kierowcy wyścigowi próbują uzyskać maksymalną siłę pociągową i możliwie największą moc, aby osiągnąć najlepsze rezultaty na dystansie ćwierci mili – dodaje Conley. I skorzystają z wszelkich dostępnych urządzeń, aby ten cel osiągnąć.

dn