Muchos son los aficionados a las carreras de Fórmula 1. La F1 es la máxima categoría del motor, con monoplazas que se diseñaron para ser simples y baratos pero que han evolucionado hasta convertirse en uno de los vehículos más avanzados y con más tecnología que existen en la actualidad. Además, se usan como campo de prueba para nuevas tecnologías que posteriormente pasarán a los coches de calle, entre otros sectores.
Pese a la gran espectación que mueve la F1, las tecnologías dentro de estos monoplazas siguen siendo unas desconocidas para muchos espectadores. Por eso, en este artículo vamos a ver qué electrónica esconde un F1 en su SECU o ECU y qué procesadores y software emplea para que todo funcione en un fin de semana de carrera.
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La ECU (Electronic Control Unit), también llamada centralita electrónica de control es un componente esencial para un F1. Se trata de un dispositivo capaz de recoger y procesar información de los distintos sensores que existen en un F1 y transmitirlos inalámbricamente con ayuda del sistema de telemetría para información de los ingenieros. Antiguamente la telemetría era bidireccional, es decir, el coche transmitía hacia los ingenieros y ellos también podrían enviar información para modificar parámetros del coche. Actualmente eso está prohibido, y solo es en una dirección.
No solo los F1 tienen una ECU, también otros monoplazas del mundo del motorsport e incluso los modernos vehículos de calle cuentan con una.
Con motivo de controlar los costes y promover mayor igualdad entre las distintas escuderías, la FIA tomó una decisión en 2006 para que todos los equipos eligiesen una ECU estandarizada para todos los coches. De este modo se evitaba que cada equipo diseñase la suya propia y evitaba también perspicacias de algunos para tratar de sacar mayor rendimiento del vehículo. Como aquel menú oculto que se sacó de la manga Williams, entre otros.
Finalmente, la FIA escogió la ECU expuesta por McLaren, concretamente la creada por la división McLaren Electronics Systems junto con Microsoft y Freescale. Esta ECU o SECU (Standard ECU) es la que actualmente utilizan todos los equipos. Además, para evitar que McLaren pueda obtener beneficio de la ECU y perjudicar a otros equipos, se han regularizado algunas cosas, además de que la FIA tendrá acceso a los datos descargados de la misma.
McLaren Electronic System, como he mencionado anteriormente, es una empresa independiente perteneciente al Grupo McLaren. Es la encargada de desarrollar y suministrar la ECU para el control de distintas competiciones, entre ellas la F1. Gracias a esta unidad central de control se puede controlar de forma avanzada el motor, la transmisión, el volante, las suspensiones, y obtener gran cantidad de información de los distintos sensores instalados en el vehículo.
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Concretamente, y de forma más detallada, esta solución comprende el control del tren de potencia, registro de datos y el control de telemetría en el coche además de un servidor de datos central en el garaje, que recibe la información proveniente del monoplaza registrándolos para el posterior análisis redistribuyéndolo en las herramientas que cada equipo haya elegido usar.
La ECU diseñada por McLaren está basada en una MCU, o microcontrolador, diseñado y fabricado por Freescale. Esta compañía son las antiguas fábricas de Motorola, cuando la firma americana decidió convertirse en una fabless y deshacerse de su foundry para ahora convertirse en un IDM. Esta compañía crea una gran cantidad de dispositivos para distintos sectores, entre ellos la automoción.
Concretamente, la ECU denominada TAG-E10B que usan los F1 está compuesta por un procesador central Freescale de 32-bit y de 4 núcleos que trabaja a 200 Mhz. Este procesador se basa en la ISA PPC (PowerPC).
Este sistema también funciona gracias a un ecosistema conocido como ATLAS (Advanced Telemetry Linked Acquisition System o Sistema Avanzado de Telemetría Vinculada al Análisis). Esto está compuesto por servidores y herramientas de análisis para procesar toda la información recibida por la ECU del monoplaza.
Tras el modelo TAG-310B que se usó a partir de 2006, y que falló en numerosos equipos, ya fuese por problemas de juventud de la propia ECU o por una mala adaptación del equipo, todos los equipos pudieron instalar una versión mejorada, TAG-320, en 2013, el cual tiene el mismo tamaño, pero mejor rendimiento e interfaces.
Este modelo no aporta ventaja mecánica ninguna con respecto a su predecesor. Pero la nueva versión está enfocada a las nuevas unidades de potencia de 2014. Es decir, cuando comenzó la era V6 Turbo híbrida que ahora continúa, con las nuevas unidades ICE, MGU-K (unidad de recuperación de energía por freno regenerativo, es decir, el KERS), MGU-H (unidad de recuperación de energía de escape), TC (turbocompresor), ES (baterías), y EX (sistema de escapes).
La ECU monitoriza todos los aspectos de tren de alimentación y almacena datos de todos los sensores localizados en el coche. Esto puede generar entre 100 kilobytes y 0,5 megabytes por segundo. Una ECU acumula algo más de 1 GB de información durante una carrera de Gran Premio, retransmitiendo en tiempo real al equipo de ingenieros toda la telemetría (frenada, aceleración, cambio de marchas, temperatura de los neumáticos, carga aerodinámica, suspensiones,…).
El servidor de ATLAS debe guardar todos los datos reportados sin pérdida de datos y ofrecer la traducción adecuada para cada uno de los valores obtenidos de los sensores y que puedan estar en una unidad comprensible para los ingenieros que analizan los datos al instante. Es importante destacar esto, ya que un sensor de temperatura no recoge la temperatura como tal, sino que genera una señal eléctrica en respuesta a la temperatura media, pero luego esto debe traducirse mediante software a ºC, por ejemplo.
En el caso en que no se retransmita toda la información debido a la limitación del ancho de banda, cuando el coche vuelve al garaje, todos estos datos se mandan al servidor y rellena las lagunas que existían previamente. Esto se consigue cuando los mecánicos conectan el monoplaza con un cable conectado a un PC y denominado umbilical. Además, a través de este cable sí que se puede usar una telemetría bidireccional, y se utiliza para realizar el setup del coche, como por ejemplo el bloqueo del diferencial, etc.
McLaren Electronics y Microsoft han trabajado conjuntamente en el desarrollo de esta tecnología. Actualmente es una tecnología que ha demostrado su eficiencia y su capacidad con todas las temporadas que llevamos hasta ahora con esta nueva unidad estandarizada de ECU.
Como es lógico, ya que colaboró Microsoft en esta tecnología, la empresa de Redmond también quiso usar su propio software para complementar a la ECU de McLaren para la F1. Y eso implica el uso de herramientas para procesamiento de datos como la hoja de cálculo Microsoft Excel con Conectividad Abierta de Bases de Datos Estándar (ODBC) o Vinculación e Incrustación de Base de Datos (OLEDB) sin necesidad de entender los formatos de archivo que se emplean. Además de la capacidad de esta herramienta para procesar datos por parte de los ingenieros, también vio otra ventaja en ella, como es la característica de streaming de archivos de la base de datos Microsoft SQL Server.
El nuevo Streaming de Archivos integra el motor de base de datos SQL Server con el sistema de archivos NTFS para los medios de almacenamiento de datos. Se usa un formato de datos en binario, que tiene sus ventajas, pero también sus inconvenientes, ya que es más fácil de corromper que el texto plano.
Las instrucciones de transacciones de SQL están dispuestas para introducir, actualizar, consultar y realizar copias de seguridad de los datos de streaming en la base de datos. Esto en cuanto al servidor, pero luego está el lado del cliente, es decir, los PCs y portátiles con los que trabajan los ingenieros en el muro o en el box, o en la fábrica. Estos equipos, como no, utilizan Microsoft Windows con diferentes apps para el acceso a los datos que pueden variar de un equipo a otro, y que pueden ser soluciones personalizadas en algunos casos.
En cuanto a la arquitectura que forma todo este entramado que interactúa con la ECU, hay que decir que McLaren Electronics desarrolló un sistema multinivel que incluye:
Los F1 actuales son complejas máquinas llenas de sensores. Pueden usar cientos de ellos, y cuando se realizan pruebas extraordinarias, como tests, también se pueden incluir otros muchos sensores externos, desde parrillas de tubos de Pitot, hasta sensores láser, etc.
Actualmente, la ECU monitorizará alrededor de 120 funciones de múltiples tipos. Además, algunos de los sensores soportados por la nueva ECU de McLaren son:
Todo esto es lo que arroja la información de la telemetría a los ingenieros y también proporciona información a la FIA en caso de accidente o para analizar si es necesaria una sanción.
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