A szakemberek számára a Formula-1-es versenyautóknál alkalmazott guminyomás-felügyelő rendszer megtervezése és kivitelezése igazi kihívást jelent. Az energiaellátásban résztvevő elemeknek és az elektronikai alkatrészeknek ugyanis nemcsak az extrém G-erőknek és a vibrációnak kell ellenállni, hanem a féktárcsákhoz közeli beépítésük miatt az ott keletkező 1000˚C-os hőmérséklettel is meg kell birkózniuk. Ebből adódóan a Formula-1-es csapatok mérnökei mellett az alakulatok elektronikai rendszereinek készítésére hivatott beszállító, mint például a McLaren Electronics Systems-nek is ki kellett vennie a részét egy megfelelő rendszer megalkotásában.
Amennyire egyszerűnek tűnik a feladat, annál komplexebb kihívásnak kell megfelelnie az abroncsokban lévő nyomást figyelő elemeknek. A kerékabroncsban ugyanis vezeték nélküli érzékelőket alkalmaznak, amelyek helyi UHF (ultrarövid hullám) rádiócsatornán keresztül továbbítják az adatokat a pilótafülkében elhelyezett központi vevőegységnek. Az így összegyűjtött információk pedig a versenyautó telemetriai rendszerén keresztül a boxutca falánál kiépített irányítópulthoz továbbítódnak.
A rendszer megfelelő kialakítása rendkívül nehéz, hiszen autónként az egy vevőegységből, egy antennából, és a négy keréknél elhelyezett egy-egy szenzorból álló csomagnak kell tökéletes egységet alkotnia úgy, hogy az ne jelentsen jelentős súlytöbbletet a versenyautó egészére nézve. Mindezek mellett a vezeték nélküli technikához alkalmazkodva a szenzorok működéséhez szükséges energiaellátásban résztvevő elemek cserélhetőségét is meg kell oldani úgy, hogy végül egy valóban használható rendszer alakuljon ki. A korábbiakban alkalmazott rendszereknél az egyik legnagyobb problémát az elemek élettartama jelentette.
A Formula-1-es versenyautóknál jelenleg használt guminyomás-érzékelő rendszer sikeressége a megfelelő rádiófrekvenciás áramkör és a szenzorvezérlő program tökéletes összhangján alapszik. Az adatátvitel titkosításához külön kódrendszert alkalmaznak, ami lehetővé teszi, hogy minden egyes versenyautó saját önálló azonosító kóddal rendelkezzen. A McLaren Electronics Systems által készített rendszereknek maximális megbízhatósággal kell üzemelni, hiszen jó néhány élmezőnybeli csapat autóiban alkalmazzák az általuk tervezett és készített szerkezeteket.
A szenzorok – amelyek saját Lítium tionil-klorid elemmel rendelkeznek – működtetéséhez 2.5…3.6V tápfeszültségre van szükség. Az általuk mérhető nyomástartomány 0.3…2.068bar között mozog, és a mérések során átlagosan +/- 10mbar pontossággal rendelkeznek, amely érték maximálisan +/- 20mbar lehet. A nyomásmérők megfelelő működéséhez elengedhetetlen az általuk mért- és a vevőegység felé továbbított jelsorozatok megfelelő felbontása is, amely 0.69mbar/bit értéket képvisel.
A Formula-1-es versenyautó kerekeiben elhelyezett szenzorok jeleit fogadó vevőegység 8…16VDC tápfeszültséget igényel annak működéséhez. A CAN buszon kommunikáló egység komplexitását mutatja azon adat is, hogy összesen 240db érzékelő jeleit képes fogadni és eltárolni a mérnökök által a későbbiekben elvégzendő adatfeldolgozás érdekében.
A Formula-1-es autókban használt guminyomás-érzékelő rendszernek akár 1500g centripetális erőt is el kell viselni.
A burkolatok és tokozások megfelelő kialakítása is elengedhetetlen. Az érzékelő és annak tartója mindössze 40g-ot nyom, és az elkészítése során használt 6AL4V titánnak köszönhetően pedig képes ellenállni a kerékabroncsnál kialakuló magas hőmérsékletnek, a G-erőknek, és a gyorsítások, valamint a lassítások során kialakuló dinamikus terheléseknek.
Nem ritka az olyan eset sem, amikor az adott versenypálya hosszabb egyenesének végén a szenzorra akár 1500g centripetális erő hat. Érdekesség, hogy a tesztelések során kiderült, hogy a kerék forgása közben kialakuló dinamikus erőhatások következtében megváltozik az elemek vegyi összetétele, éppen ezért az elemek megfelelő módon történő specifikálása és a megfelelő burkolatok kialakítása kulcsfontosságúak a működőképes rendszer, és azok alkotóelemeinek elkészítése szempontjából.
A fejlesztések során a legnagyobb hangsúlyt az energiaellátásra kellett fordítani. A szenzoroknak állandó kapcsolatban kell lenni a kerékabronccsal, és a rendszernek pedig folyamatosan mérnie kell a gumiban lévő nyomást, hogy az esetleges defekt során jelentkező nyomáscsökkenést minél gyorsabban lehessen észlelni. A szenzorban lévő vezérlő program összesen ötféle adatátviteli sebességet képes produkálni. Amikor a garázsban a keréken fent van a gumimelegítő paplan, akkor a guminyomás értéke a legkisebb átviteli sebességgel, mindössze 2.5 másodpercenként továbbítódik a vevőegységnek, hogy ezáltal is kíméljék a rendszert működtető elem élettartamát. Abban az esetben viszont, ha a szenzor nyomásváltozást észlel, a mintavételi idő lecsökken. A leggyorsabb mérés során 0.2 másodpercenként kapja meg a vevőegység a szenzor által továbbított jelet.
A megfelelő módon elkészített vezérlő program segítségével egy elemmel átlagosan több mint 5 millió adatátvitelt lehet megvalósítani, míg a szenzort néhány tesztet és versenyt követően ki kell cserélni.
Kezdetben a guminyomást felügyelő rendszert biztonsági felszerelésként alkalmazták a Formula-1-ben, melynek segítségével az esetleges defektet kívánták időben észlelni. Mára viszont némileg változott a rendszer funkcionalitása. A mérnökök eleinte nem bíztak abban, hogy az új rendszerrel megfelelően lehet majd érzékelni a guminyomásban bekövetkező változásokat. A tesztelések során azonban egyértelműen bebizonyosodott, hogy a hőmérsékletben és a dinamikus terhelésben bekövetkező változások jelentős mértékben befolyásolják a gumikban lévő nyomás értékét. A mai modern F1-es versenyautókban alkalmazott megoldásnak köszönhetően tehát már nemcsak a biztonsági szinten, hanem a pályán nyújtott teljesítményen is nagymértékű előrelépést lehetett elérni az ismertetett rendszer használatának köszönhetően.
Technikai adatok:
Átmérő: 25mm
Hossz: 16mm
Súly: 17.5g
Anyag: titán
|