La Metrologia in Formula Uno

I dati acquisiti vengono immagazzinati e analizzati per molteplici scopi come:  capire le prestazioni dell’intera vettura e possono essere anche utilizzati per simulare il comportamento della vettura con diversi assetti meccanico/aerodinamici, e prevenire o studiare alcune criticità e generare delle statistiche. Questi dati vengono raccolti costantemente sia durante le prove che durante la gara per avere un insieme di informazioni complete riguardo le condizioni della vettura in pista.  La telemetria è al contempo uno strumento di diagnosi e un supporto al miglioramento della vettura; essa fa uso di apparati hardware e software per acquisire, criptare e trasmettere migliaia di dati. Nel rispetto del regolamento federale, la trasmissione dati è mono-direzionale (dalla vettura ai box), fatta eccezione per il canale di fonia.

I principali sensori che vengono montati sulle vetture di Formula 1 possono essere divisi in varie categorie:

• Posizione – questi sensori vengono impiegati per misurare le variazioni lineari e di rotazione  in un campo compreso tra decimi di micrometri e centinaia di millimetri. Questi sensori utilizzano varie tecnologie come:  potenziometrica, LVDT (Linear Variable Differential Transformer), effetto Hall e laser.  I potenziometri sono usati in genere per misurare lo spostamento di sospensioni, ingranaggi del cambio, volante, acceleratore o per eseguire un controllo in retroazione sulle valvole dell’acceleratore. In zone delle vettura in cui le condizioni sono particolarmente estreme (es. pinze dei freni)viene utilizzata la tecnologia LVDT. Per l’albero primario del cambio, invece, si utilizza un elemento a effetto Hal
• Pressione – i principali sensori che vengono utilizzati sono: : piezoresistivo micromachined, capacitivo touch-mode micromachined, capacitivo ceramico e piezoresistivo polisiliconico on-steel. Esprimono in pascal le pressioni di: olio del motore, olio del cambio, olio dell’impianto frenante, liquido di raffreddamento motore, pneumatici, vento apparente, frizione, differenziale, pinze dei freni. Per monitorare il carico aerodinamico, durante i test si utilizzano misure di pressione differenziale; in particolare, cinque scanner di pressione miniaturizzati sono posizionati sul fondo piatto della vettura.
• Dinamica veicolo – in questo campo vengono utilizzati accelerometri, giroscopi, piattaforme IMU (Inertial Measurement Unit) e sensori ottici no-contact. Per gli accelerometri la tecnologia maggiormente utilizzata è la MEMS (Micro Electro Mechanical System). Sia i piezoresistivi sia i capacitivi raggiungono un’incertezza inferiore al 1% rispetto al fondo scala (non linearità + isteresi). I giroscopi vengono tarati prima di ogni sessione di gara per limitare gli effetti causati da bias, fattore di scala e rumore. I sistemi di navigazione inerziale restituiscono la velocità angolare e l’accelerazione rispetto al corpo di riferimento; lavorano sia con i quaternioni sia con gli angoli di Eulero; la sensibilità è di circa 7°/hr/g e il rumore in banda è di 0,25°/s rms. I sistemi ottici senza contatto stimano accuratamente: distanza, velocità rispetto al suolo, accelerazione longitudinale, angolo di slip, angolo di deriva, e imbardata. Il sistema di filtraggio digitale interno al sensore ottico è programmabile; infatti mediante una opportuna scelta del passo di acquisizione si può ricercare il miglior compromesso tra ritardo e SNR .
• Coppia – questi sensori vengono utilizzati per analizzare l’efficienza del carburante, caratterizzazione della trasmissione, stima dei carichi di torsione del motopropulsore e controllo della guidabilità del veicolo. I trasduttori di coppia sono montati su piantone del volante, motore e semiasse, mentre per le sospensioni si ricorre alle celle di carico strain gage.
• Temperatura – per rilevare questi dati vengono utilizzati diversi sensori, tra cui: termocoppie, RTD (Resistance Temperature Detector), PRT (Platinum Resistance Thermometer) e sensori infrarossi (IR). Le termocoppie forniscono un’uscita differenziale mentre i PRT restituiscono una misura assoluta; entrambi vengono alloggiati sui componenti da monitorare termicamente, come frizione e ammortizzatori. Nel caso di elementi rotanti si effettuano misure senza contatto mediante sensori IR: la distanza tra il sensore e l’elemento sotto controllo varia da 30 mm a 70 mm, l’incertezza è tipicamente ±1%, mentre la sensibilità è di 20 mV/°C.
• GPS – viene fornito dalla FIA per migliorare la sicurezza delle vetture in pista. Questo è il cosiddetto sistema marshalling localizza le vetture e mediante un flag luminoso in abitacolo, permette al pilota di conoscere tempestivamente la presenza di un rischio imminente sul tracciato. Le prestazioni del sistema non sono costanti in tutti i circuiti.
• Sonda lambda –  rappresenta la base del sistema di controllo a ciclo chiuso che rileva la composizione dei gas di scarico e regola l’immissione di carburante e aria nella camera di combustione. Conosciuta anche come sensore di ossigeno, in quanto invia alla centralina un segnale di tensione legato alla presenza di O2 nei terminali di scarico