Motorsport
Tecnica 2
Elettronica
L'elettronica in Formula 1
L’elettronica è molto più giovane dell'automobile, è nata nel 1948 con l'invenzione dei transistor da parte dei tecnici dei laboratori Bell. Se 10 anni dopo fanno la loro comparsa i primi circuiti integrati, solo nel 1964 in Usa e poi in Europa si cominciano ad applicare i sistemi d'accensione con transistor al posto delle classiche "puntine platinate". Nel 1967 appare la prima iniezione elettronica.
Nelle monoposto di formula uno si è partiti con cautela, per via dei problemi di affidabilità, in un ambiente dove le alte temperature e le vibrazioni sono la condizione normale. Dopo una fortissima accelerata nel campo sportivo, alla fine degli anni '80, si può dire che le applicazioni procedano oggi insieme sia nelle produzioni di serie che nelle corse.
Curiosamente i calcolatori utilizzati in F1 hanno una velocità di elaborazione inferiore agli ultimi Personal Computer. In proposito è interessante il parere dei tecnici Ferrari che si occupano del settore: "In pratica abbiamo tutta la capacità di calcolo che ci serve, ma il progresso sarà nel senso di miniaturizzare ancora più i singoli elementi per collocarli nei punti in cui debbono agire riducendo ingombri e cablaggi". La Magneti Marelli costruisce il sistema elettronico delle moderne monoposto utilizzando una unità di calcolo centrale di produzione industriale, ma non quella che va per la maggiore sui PC. Questa unità comanda a sua volta altre 5 centraline attraverso un software che contiene appositi "algoritmi", ossia le formule matematiche che risolvono i diversi problemi analizzando i dati forniti dai sensori.
Il numero dei sensori (255) e dei canali ad essi associati è impressionante: oltre a quelli noti come il numero dei giri/motore e delle ruote, le temperature di olio e acqua, la posizione dell'acceleratore (legato al sistema di guida "drive by wire", cioè senza cavo) si controllano le temperature del cambio e dei gas di scarico (per evitare che un eccesso di calore danneggi gli alettoni), quelle dei freni (nonché la loro usura), oltre a numerosi parametri delle sospensioni.
Ciascun sensore analizza il valore della funzione assegnata decine di volte al secondo e questi dati sono immagazzinati in una memoria rapida con capacità di 1 megabyte, ovvero di un milione di dati, che serve per un giro del circuito: ad ogni passaggio davanti ai box un raffinato impianto di teletrasmissione trasmette i dati relativi al giro che sono immagazzinati in una memoria statica RAM per la successiva rilettura a gara conclusa. In essa c'è tutta la storia della corsa di quella particolare vettura e del suo pilota, come nella scatola nera di un aereo.
Nel frattempo il sistema dei calcolatori decide, sulla base agli ordini del pilota (acceleratore e cambio marce) come gestire iniezione, accensione e lunghezza dei condotti di aspirazione. Così il motore risponde senza reazioni eccessive ovvero, come si dice in gergo, in modo che "non sia sgarbato". Poi c'è il comando della frizione e del cambio, ma anche la ripartizione della frenata, la servoassistenza dello sterzo, la taratura del differenziale, ecc. Tutti i comandi, ad eccezione di acceleratore e freno, sono sul volante. Oppure sotto al volante, come le leve di cambio e frizione. Sei piccole manette servono la pilota per regolare diverse funzioni, programmabili di volta in volta a seconda del circuito o dei gusti del pilota stesso. La programmazione si può fare rapidamente collegando un calcolatore portatile alla vettura e inserendo i dati necessari.
Sempre sul volante ci sono anche i pulsanti per mettere il cambio in folle, inserire la retromarcia, azionare la radio e selezionare fra una ventina di informazioni quelle da mostrare sull'indicatore. Ora si utilizza anche un sistema a diodi luminosi che, accendendosi nel casco, forniscono al pilota le informazioni vitali senza fargli perdere di vista la strada nemmeno per una frazione di secondo.
A questo punto sembrerà strano ma è un dato di fatto: una monoposto da corsa risulta meno equipaggiata di sistemi elettronici rispetto ad una berlina di serie. Dal 1993 in poi sono stati proibiti i sistemi Abs, Asr, e Msr (che impediscono alle ruote di slittare in frenata o in accelerazione) e le regolazioni automatiche delle sospensioni.
Una decisione presa per limitare i costi (comunque siamo nell'ordine di grandezza di centinaia di volte il prezzo di un personal computer), ma soprattutto per lasciare al pilota il controllo totale delle prestazioni altrimenti, aggiungono ancora i tecnici di Maranello, “potremmo arrivare a programmare la gara noi dai box”.
Si potrebbe ritenere infatti che gli aiuti elettronici livellino la capacità, la bravura e la sensibilità del pilota, anche se però un buon pilota riuscirà a calibrare meglio l’elettronica rispetto a un mediocre pilota che ha meno sensibilità.
Ma ritorniamo un po’ indietro per capire meglio l’evoluzione dell’elettronica nel mondo della formula uno nel decennio a cavallo degli anni '90.
Dieci anni decisivi per l'elettronica in F1
1989: Ferrari introduce per la prima volta il cambio semiautomatico sulla 639.
1990: Ferrari introduce per la prima volta al gran premio del Portogallo sulla 641 un antispin comandato da una levetta sul cruscotto.
1991: Ferrari, dopo aver inventato due anni prima il cambio semiautomatico a gestione elettronica, aggiunge la scalata automatica.
1992: Mclaren perfeziona la scalata automatica facendola diventare programmata con una serie di pulsanti sul cruscotto.
1992: Williams introduce in gara le sospensioni attive; le Williams diventeranno inbattibili fino a quando le sospensioni attive non saranno abolite dalla Fia.
1993: Mclaren fa debuttare la telemetria bi-direzionale: dai box si può intervenire sulla monoposto in movimento modificando le mappature delle centraline.
1993 (Ottobre): Max Mosley interviene e blocca ogni sorta di driver’s aids.
1994 (Marzo): Entra in vigore il divieto di utilizzo degli aiuti elettronici ed in special modo dell’antispin.
1998 (Marzo): Viene introdotto il limitatore di velocità nella corsia box, subito viene utilizzato da alcune squadre come antispin; tanti sportellini del serbatoio che nei tornanti si aprono avevano insospettito anche la Fia: dopo alcuni gran premi viene adottato l’accorgimento di collegare la luce posteriore al limitatore al fine di capire chi azionasse il dispositivo fuori dalla corsia box.
1998 (Luglio): Mclaren utilizza mappature con diagrammi tridimensionali di gestione del motore, con lo scopo di creare un effetto antispin.
1999 (Marzo): Abolizione dei diagrammi tridimensionali.
2000 (Aprile): Entrano in vigore nuove limitazioni sull’elettronica ed in particolare sono colpiti ed eliminati molti sensori presenti sulla monoposto. In particolar modo le riduzioni riguardano: possibilità di utilizzare un solo sensore della rotazione del motore (più di un sensore posti in leggero ritardo di qualche grado e correlati fra di loro, simulando delle loro diagnostiche potevano programmare dei tagli negli anticipi dei motori e ridurre la potenza del motore in precise fasi di funzionamento), mappature e tempo d’iniezione in base alla sola velocità di rotazione del motore e della posizione dell’acceleratore con una variazione di ± 5% dei dati della mappatura esistente, vietato l’uso del limitare automatico di velocità nella corsia box (consentito l’azionamento manuale in corsia box da parte del pilota), abolizione della sonda lambda (si rendeva meno efficiente la carburazione nelle prime fasi di accelerazione), controllo del minimo (anche detto “antistallo” ed utilizzato per non far spegnere la monoposto) solo attraverso il controllo della posizione delle farfalle (serviva nelle partenze in modo che i piloti non toccassero il pedale del gas ma staccavano solo la frizione), nessuna strategia di gestione del motore a farfalle chiuse (motore in fase di rilascio) che permetterebbe di bilanciare la frenata, un solo software per le centraline per Gran premio.
2000 (Agosto): In Belgio la Ferrari chiede e ottiene un’interpretazione delle regole che rende di fatto illegale il differenziale studiato per il 2001 da Mclaren.
2000 (Agosto): Ferrari sfrutta il tempo morto nel il cambio di marcia per riprodurre un sistema antispin legale.
2001 (Marzo): La Fia impone un tempo massimo fra una cambiata e l’altra pari a 150 millisecondi al fine di eliminare i sistema antispin.
2001 (Aprile): Rientrano in formula uno dalla porta principale alcuni “ driver’s aids”: Antispin (o traction control), Launch control (ovvero il sistema per la partenza automatica), cambio totalmente automatico con un numero minimo di marce pari a 4 e massimo 7, ciò al fine di evitare l’introduzione del CVT (studiato dalla Williams nel 1993).
Dispositivi elettronici banditi per regolamento in F1
Rimangono proibiti quindi i seguenti driver’s aids: sospensioni attive, ABS, telemetria bidirezionale, ripartitore di frenata automatico, servosterzo con mappature multiple. Degli aiuti elettronici utilizzabili ora il più importante ed il più discusso in questi anni è stato l’antispin. Questo sistema non è altro che un dispositivo capace di togliere potenza al motore in modo da evitare un eccesso di cavalli impossibili da scaricare a terra e che farebbero pattinare quindi le ruote motrici. Questo sistema offre grandi vantaggi nelle curve lente in cui serve trazione e progressione di accelerazione. L’attuazione del sistema è relativamente semplice: sulle ruote si rilevano le differenze di velocità fra anteriore e posteriore (motrice); se questa differenza supera un certo limite, significa che le ruote motrici stanno slittando e il sistema interviene eliminando questo pattinamento.
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