Tecnica: la telemetria in Formula 1

La telemetria di Formula 1 è il vero cuore tecnologico di questo sport, aiutando piloti ed ingegneri a comprendere al meglio le dinamiche che agiscono in una monoposto e come ottimizzarne il set-up.
Ma come funziona la telemetria? "L'informazione", disse una volta il Presidente degli Stati Uniti Ronald Reagan, "è l'ossigeno dell'era moderna". E non c'è forse altro luogo come la Formula 1, dove questa frase si adatti così bene, dove le informazioni rivestono una così grande importanza nella rivoluzione tecnologica attuata negli anni da questo sport. La chiave della Formula 1, come di molte altre cose, èla pubblicità. Ripresi da ogni angolazione concepibile dalle telecamere, ci si muove in un costante bacino di pubblico di più di 366 milioni di spettatori ad ogni gara. E a dispetto di tutta questa attenzione la telemetria rimane tutt'oggi un mistero per la maggior parte delle persone. Basta solamente la frase, molto comune nei media, "i piloti stanno studiando la telemetria", a far capire quanto poco si conosca di questa nuova tecnologia. Ma andiamo con ordine.
La telemetria è sostanzialmente una trasmissione e ricezione wireless (senza fili) di dati, con lo scopo di effettuare un monitoraggio remoto. Ma la telemetria è unicamente il meccanismo del sistema. I dati, le rilevazioni, sono il vero cuore pulsante di questa tecnologia, sono loro a dischiudere i segreti di ciò che capita all'interno del sistema nervoso di una moderna monoposto.

Le origini dell'odierno sistema di telemetria possono essere rintracciate nei tardi anni '60. Gli ingegneri desideravano ardentemente dati e informazioni certe su cui basare lo sviluppo delle auto concepite per gareggiare. Per raggiungere questo obiettivo, ai piloti veniva chiesto di guardare gli strumenti montati sulla loro vettura in diversi momenti durante il giro. Queste informazioni venivano poi comunicate agli ingegneri quando la monoposto ritornava nella pitlane, ed essi le combinavano per cercare di ricostruire al meglio il comportamento della vettura durante l'intero giro. I grandi produttori di pneumatici sono stati tra i pionieri di questo metodo tecnologico di raccolta dati. Il più significativo slancio in avanti si ebbe nei primi anni '80, quando si assistette ad un importante aumento della richiesta di dati, nonchè delle migliori risorse per utilizzarli. Questi furono tempi insieme eccitanti ed impegnativi. Improvvisamente, i top team di Formula 1 si ritrovarono a dover monitorare una vasta quantità di informazioni con i più potenti computer mobili dell'epoca, che, se paragonati agli odierni elaboratori, non erano per nulla mobili. Nè così potenti. "La capacità di calcolo di queste prime unità era probabilmente inferiore a quella delle moderne agende elettroniche", rivela Steve Hallam, Capo degli Ingegneri di gara del team McLaren. Ma questi computer causarono un'ondata d'eccitazione per tutta la pitlane. Per la prima volta nella storia dell'automobilismo, gli ingegneri poterono vedere con i loro occhi, e non limitarsi a registrare cosa i piloti gli riferivano. I primi sistemi di raccolta dati erano basati su una manciata di input provenienti da pochi rudimentali sensori attaccati alla monoposto. Oggi, il complesso sistema di telemetria permette la rilevazione, la raccolta e la trasmissione di più di 6000 parametri. Questi includono dettagliati rapporti sul comportamento di tutti gli aspetti del motore, degli organi di trasmissione, delle sospensioni e delle ruote.

Ma perchè abbiamo bisogno della telemetria? I piloti attualmente in circolazione sono i migliori del mondo. Se non possono individuare cosa non va sulla loro monoposto, chi ne sarebbe in grado? Il problema, naturalmente, è che i piloti possono limitarsi a controllare solo il loro felling con la macchina, ma è per loro semplicemente impossibile scoprire cosa eventualmente non funzioni all'interno dei moderni sofisticati componenti. L'abilità dei sensori di individuare problemi in maniera più efficente di quanto non facciano i piloti è stata dimostrata nel Gran Premio di Gran Bretagna del 2003. Gli ingegneri stavano guardando i dati in arrivo dalla vettura di David Coulthard, quando notarono che una delle gomme stava perdendo pressione. Il team è stato in grado di richiamare il pilota ai box istantaneamente, evitando la possibilità di un improvviso sgonfiamento, che avrebbe potuto causare un incidente. Anche i set-up sono largamente dettati dalle rilevazioni ottenute dai circa 120 sensori attualmente montati sulle monoposto. Inizialmente, per questa tecnologia ci si appoggiava ad industrie esterne. Oggi invece, compagnie come la McLaren Electronics, che rifornisce il team McLaren, sono leader nel mercato in questo settore. Ogni sensore non è fine a se stesso, bensì le informazioni ricevute da ogni sensore sono impiegate simultaneamente per diverse funzioni. Ad esempio, un semplice sensore di velocità della ruota determina molto più della velocità a cui la ruota sta andando. In collaborazione con altri sensori, esso rivela a che velocità sta andando la monoposto, la sua posizione sul circuito, e fornisce fondamentali input per il sistema di launch control (partenza assistita). Conseguentemente, un'enorme quantità di dati è generata: gli ingegneri del team McLaren ai box ricevono circa 50 Megabyte di dati per ogni macchina ad ogni giro, per un totale di circa 3.5 Gigabyte per ogni macchina ad ogni gara, abbastanza per riempire cinque CD-ROM. Phill Asbury, Capo degli Ingegneri di sistema del team McLaren, ci fornisce un interessante paragone. "Se tutte queste informazioni venissero stampate su dei fogli di carta A4, la pila di fogli raggiungerebbe in altezza l'Empire State Building!" Gli impulsi elettrici dei sensori vengono elaborati direttamente a bordo della vettura, e poi inviati, via segnali radio digitali, all'antenna montata sul camion del team. Il segnale è inviato nel range della banda L delle microonde, intorno agli 1.6GHz. Questo range è usato per la facilità con cui si ottengono le licenze di utilizzo, inoltre corrisponde all'ampiezza di banda necessaria ai team. Con cinque milioni di singoli bit di informazione inviati dalla vettura ogni secondo, la Formula 1 sta ridefinendo le frontiere della trasmissione dati. L'alta frequenza richiesta per trattare questa mole di dati comporta, comunque, alcuni inconvenienti. La ricezione, ad esempio, è molto influenzata dall'ambiente circostante. Se la monoposto entra in un tunnel, o costeggia il lato posteriore di una collina, il 100% della copertura è persa. Il circuito di Monza, costeggiato com'è dagli alberi, è il più impegnativo per gli ingegneri della telemetria. Come potete immaginare, pochi si sono lamentati quando Hockenheim è stato riconfigurato senza le sezioni di foresta che lo caratterizzavano in passato. "In accordo con l'evoluzione del sistema, sono state sviluppate tecniche per sopperire alla temporanea perdita del segnale", spiega Asbury. "Il nuovo sistema di McLaren Electronics ha incorporato un sistema di auto-analisi. Quando la vettura è in piena copertura, possiamo far ritrasmettere alla centralina le informazioni che non abbiamo ricevuto durante il periodo di perdita del segnale". Una volta ricevuto attraverso l'antenna, il segnale viene convertito nelle rilevazioni originali. Questi dati, attraverso un server e una rete Ethernet a 1GB, che utilizza sia fibre ottiche che connessioni standard, vengono poi distribuiti contemporaneamente ad ogni ingegnere di pista dei piloti, a sette stazioni di elaborazione computerizzate, ribattezzate Battlestations (letteralmente, "Stazioni di battaglia") e agli undici terminali presenti nel box. I dati possono altresì essere inviati alla sede di Woking, attravverso linee multiple ISDN.

I benefici della telemetria sono molti. La veloce analisi dei dati offre la possibilità di immagazzinare informazioni utilissime per gli sviluppi futuri delle vetture e dei loro componenti, in termini sia di affidabilità che di prestazioni. In gara, invece, i tecnici delle Battlestation sono principalmente occupati in un'analisi diagnostica dei dati, nel controllo, ciò, che tutti i sistemi della monoposto stiano funzionando correttamente, provvedendo a prendere tempestive misure nel caso si verifichi un qualsiasi problema meccanico. E' sfruttando questa possibilità che si è stati in grado di risolvere un problema al sistema dell'olio sulla vettura di David Coulthard nella sua ultima vittoria a Monaco. La vittoria dello scozzese è stata un momento di consacrazione per il sistema di telemetria bi-direzionale del team. Purtroppo, però, questo tipo di telemetria è stata una delle vittime dei cambiamenti di regolamento attuati nel 2003. Con le accurate informazioni di cui dispongono, gli ingegneri possono regolare i set-up delle vetture fin nei minimi particolari, mentre le rappresentazioni grafiche del comportamento di cambio, freni e sterzo permettono ai piloti di massimizzare le loro prestazioni. Il più grande passo in avanti nei recenti anni è l'avvento dei dati in tempo reale. "Originariamente, tutti gli ingegneri potevano scaricare i dati solo dopo la fine della gara", spiega Hallam. "Dopo che i dati venivano scaricati, ad esempio dopo un cedimento del motore, gli ingegneri erano soliti dire "E' stato un problema di pressione. Se lo avessimo saputo prima, avremmo potuto dire al pilota di preservare il motore, e forse in questo modo avremmo potuto evitarne la rottura"". Le loro preghiere sono state ascoltate, e il risultato è stata la trasmissione dei dati ad ogni passaggio della vettura davanti alla pitlane. Ora anche questo sistema è reso obsoleto dalle ultime novità della McLaren Electronics, che offrono, come detto, una costante copertura in un tempo reale. Un esempio: consideriamo di nuovo il sensore di velocità di una ruota. Il tempo che passa dall'inizio della rilevazione sulla ruota, a quando la misurazione del sensore appare sugli schermi nel box, è incredibilmente di 0.1 secondi. Per il mantenimento di questi alti standard tecnologici, grande attenzione è riservata anche alle infrastutture che accoglieranno i dati. Computer Associates provvede a fornire il team McLaren di una vasta gamma di sofware per proteggere le informazioni, ed è inoltre responsabile del backup dei sistemi. La Sun Microsystems si occupa invece dell'hardware per le Battlestation, vitale per la distribuzione e l'archiviazione dei dati. Il team McLaren utilizza due separati programmi per elaborare i dati delle rilevazioni in un formato comprensibile ai tecnici. L'Advanced Telemetry Linked Acquisition System (ATLAS), un programma della McLaren Electronics, serve agli ingegneri per la diagnosi di aspetti particolarmente complessi. Il MIDAS, un programma scritto all'interno dello stesso team McLaren, è più utilie per analizzare i dati relativi alle prestazioni delle monoposto. Le recenti restrizioni ai test di Formula 1 non hanno fatto altro che aumentare in maniera esponenziale l'importanza dei dati raccolti via telemetria. "Ogni minuto passato ad aspettare, è un minuto sprecato", dice Asbury. In questo senso, quindi, l'introduzione del nuovo CBX600 di McLaren Electronics non poteva che essere accolto con entusiasmo dell'intero team. Maggiore velocità e una più ampia copertura sono gli obiettivi a cui punta questa importante industria. "Solamente non molti mesi fa, le vetture dovevano essere fisicamente connesse al sistema dopo una gara, e i sofware occorrenti per l'analisi dei dati, caricati" spiega Ed Gibson, ingegnere di McLaren Electronics. "Quindi, un pilota era costretto ad aspettare che i dati fossero pronti e successivamente consultarli, prima di poter nuovamente scendere in pista. Da quest'anno, invece, le rilevazioni sono inviate ed elaborate mentre la monoposto è ancora in pista, e sono pronte per il pilota appena questo giunge ai box".
Probabilmente rimarreste sorpresi ed imbarazzati se confrontaste il vostro attuale telefonino con una fotografia del primo che avete posseduto. La stessa reazione è evidente quando Gibson guarda le immagini del primo sistema di telemetria del team. L'intero sistema, completo di una formidabile schiera di monitor, era l'orgoglio del programma Mercedes-Benz, datato 1991. Il paragone con l'attuale sistema, introdotto dal team McLaren nel 2003, rivela quanto sia progredita la tecnologia in pochi anni. Dodici anni fa, venti schermi servivano solo a mostrare la diagnostica del motore. Oggi tutte le rilevazioni possono comodamente venir visualizzate su di un singolo computer laptop. E questo nonostante i dati si siano moltiplicati esponenzialmente. Se tutti i parametri attualmente misurati in Formula 1 venissero visualizzati con i sistemi del 1991, richiederebbero una tale quantità di monitor che sarebbe difficile farli stare tutti nei locali dei box!

L'articolo, tratto dalla rivista Racing Line, ci è stato fornito dal nostro lettore Alessandro Stefani che ne ha tradotto il contenuto.