電子在一級(jí)方程式中的重要性

什么在一級(jí)方程式中提供了更好的優(yōu)勢(shì)——車手的技能還是經(jīng)過(guò)微調(diào)的機(jī)器？這場(chǎng)辯論在 1980 年代隨著一級(jí)方程式 (F1) 賽車中電子系統(tǒng)的發(fā)展而爆發(fā)。工程師們不斷地努力優(yōu)化賽車，調(diào)整 18,000 多個(gè)部件的配置，包括傳感器、ECU和機(jī)械部件。

蘭多·諾里斯，邁凱輪 MCL35

一級(jí)方程式工程團(tuán)隊(duì)跨越科學(xué)領(lǐng)域，從機(jī)械和電子到數(shù)據(jù)分析和空氣動(dòng)力學(xué)。賽車隊(duì)之間的競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化為技術(shù)巡回演出，以提高他們對(duì)汽車動(dòng)態(tài)行為的理解，精確到微秒。

國(guó)際汽車聯(lián)合會(huì) (FIA) 的嚴(yán)格規(guī)定嚴(yán)重限制了這項(xiàng)技術(shù)，以確保駕駛員的能力仍然是一個(gè)重要因素。商用車中的許多解決方案，例如防抱死制動(dòng)系統(tǒng) (ABS) 和自動(dòng)變速箱，都在一級(jí)方程式環(huán)境中被禁止使用。

近年來(lái)，賽車發(fā)生了翻天覆地的變化。借助遙測(cè)技術(shù)，賽車工程師可以通過(guò)分析來(lái)自位于 F1 賽車各個(gè)點(diǎn)的不同設(shè)備的 300 多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)控和提高賽車的性能?？蓪?shí)時(shí)測(cè)量數(shù)百個(gè)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(guò)無(wú)線電發(fā)送給團(tuán)隊(duì)。

McLaren Racing 電子部門負(fù)責(zé)人 Stephen Watt 在接受 EE Times 采訪時(shí)表示：“賽道上的賽車只是冰山一角；車隊(duì)現(xiàn)在大量使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，以通過(guò)圍場(chǎng)范圍內(nèi)的 5 Mbps 遙測(cè)鏈路接收的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并從各種車載記錄器卸載數(shù)據(jù)，以便賽道和工廠的工程師分析賽車的性能隔離，以及通過(guò)研究其他團(tuán)隊(duì)的表現(xiàn)來(lái)進(jìn)行戰(zhàn)略分析。”

現(xiàn)代一級(jí)方程式賽車是一種智能互聯(lián)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，時(shí)速超過(guò) 200 公里。每秒都會(huì)有大量數(shù)據(jù)從汽車發(fā)送到車隊(duì)，傳輸各種類型的信息，從輪胎磨損到發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。

ECU 和傳感器
每輛車都安裝了多個(gè) ECU。系統(tǒng)的中心是標(biāo)準(zhǔn) ECU 或 SECU。SECU 本質(zhì)上是一個(gè)小型但功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，它可以控制、處理大量數(shù)據(jù)并將其從 F1 賽車傳輸?shù)杰囮?duì)。SECU 包括優(yōu)化與發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和差速器以及空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的交換。SECU 也是主要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和采集服務(wù)，通過(guò)遙測(cè)向車隊(duì)和比賽控制提供實(shí)時(shí)值。這使團(tuán)隊(duì)可以實(shí)時(shí)可視化他們的汽車性能，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)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，并且按照法規(guī)的要求，它必須由所有一級(jí)方程式車隊(duì)運(yùn)行。TAG-320B 為車隊(duì)、動(dòng)力裝置供應(yīng)商和 FIA 提供了一個(gè)共享平臺(tái)。TAG-320B 擁有從動(dòng)力裝置的核心操作到通常被認(rèn)為理所當(dāng)然的八速變速箱無(wú)縫換檔的功能，它允許 FIA 限制控制軟件的功能以確保駕駛員無(wú)法實(shí)施諸如牽引力控制之類的輔助設(shè)備——或者如果團(tuán)隊(duì)要使用它們，至少可以檢測(cè)到它們的效果。

該車有大約300個(gè)傳感器，SECU監(jiān)測(cè)4000多個(gè)參數(shù)。在典型的比賽過(guò)程中，賽車將傳輸大約3 GB的遙測(cè)數(shù)據(jù)以及大約4 GB的日志記錄；然而，這只是計(jì)算的種子。當(dāng)經(jīng)過(guò)處理并與音頻和視頻分析等其他來(lái)源相結(jié)合時(shí)，這可能意味著一支球隊(duì)在離開(kāi)一個(gè)典型的比賽周末時(shí)，會(huì)有超過(guò)1 TB的有價(jià)值的數(shù)據(jù)——這些數(shù)據(jù)在未來(lái)的賽事和季節(jié)之前和期間被一次又一次地提取出來(lái)。

標(biāo)準(zhǔn)ECU

放置在單座車上的傳感器用于監(jiān)測(cè)潛在問(wèn)題；工程師可以根據(jù)收集的數(shù)據(jù)立即做出決定。例如，如果檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，可能是因?yàn)轳{駛員離前面的汽車太近；駕駛員團(tuán)隊(duì)可以提醒他，在溫度降到敏感值以下之前，不要進(jìn)入排氣的熱通道。

傳感器有三類：與線控驅(qū)動(dòng)功能相關(guān)的控制傳感器，如油門踏板傳感器、用于監(jiān)測(cè)汽車健康狀況的監(jiān)測(cè)傳感器，如液壓系統(tǒng)壓力，以及用于監(jiān)測(cè)摩擦材料的儀表傳感器，如非接觸式溫度傳感器。

一級(jí)方程式賽車有很多生命，”瓦特說(shuō)。“在排位賽和比賽期間，它變成了一輛輕型賽車，只配備了完成比賽所需的最少設(shè)備，但即使在這種配置下，汽車上也會(huì)有超過(guò)1.5公里的布線和200多個(gè)傳感器。相反的極端是冬季測(cè)試，當(dāng)我們對(duì)汽車進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，它幾乎變成了一個(gè)車輪上的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。

“對(duì)高質(zhì)量數(shù)據(jù)的需求決定了我們所做的很多事情，”他繼續(xù)說(shuō)?！岸嗄陙?lái)，技術(shù)和體育法規(guī)的變化以及賽道測(cè)試的減少，使得人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)每一輛在賽道上行駛的汽車都有深入的了解。在新冠肺炎流行之后，最近對(duì)一級(jí)方程式規(guī)則的修改旨在通過(guò)凍結(jié)汽車開(kāi)發(fā)的某些領(lǐng)域來(lái)減少支出，這再次改變了這一現(xiàn)狀挑戰(zhàn)并使我們?cè)诔杀竞凸?yīng)鏈方面比以往任何時(shí)候都更加努力，同時(shí)最大限度地從我們?nèi)匀粨碛械淖杂深I(lǐng)域中獲益?！?/p>

自 2014 年以來(lái)，F(xiàn)IA 開(kāi)始要求使用流體流量計(jì) (FFM)。FFM 還使用超聲波測(cè)量流體流量，從而確保對(duì)車輛的燃油性能進(jìn)行非常準(zhǔn)確的讀數(shù)和即時(shí)分析。超聲波流體流量測(cè)量需要使用兩個(gè)壓電傳感器。這些傳感器來(lái)回發(fā)送超聲波脈沖，并使用飛行時(shí)間計(jì)算來(lái)確定流體流速。

審核編輯 黃昊宇