电子产品在一级方程式中的重要性

什么在一级方程式中提供了更好的优势 - 车手的技能还是经过微调的机器？这场争论在 1980 年代随着一级方程式 (F1) 汽车电子系统的发展而爆发。工程师们不断努力优化赛车，调整 18,000 多个组件的配置， 包括传感器、ECU和机械部件。

兰多诺里斯，迈凯轮 MCL35

一级方程式工程人员跨越科学领域，从机械和电子到数据分析和空气动力学。赛车队之间的竞争转化为技术杰作，以提高他们对赛车动态行为的理解，精确到微秒。

国际汽车联合会 (FIA) 的严格规定严重限制了技术，以确保驾驶员的能力仍然是一个重要因素。商用车中的许多解决方案，例如防抱死制动系统 (ABS) 和自动变速箱，在一级方程式环境中都是被禁止的。

近年来，赛车发生了根本性的变化。借助遥测技术，赛车工程师可以通过分析来自位于 F1 赛车不同位置的不同设备的 300 多个传感器的数据来监控和提高赛车的性能。可以实时测量数百个参数。所有数据都由记录器收集，并使用汽车前部的天线通过无线电发送给团队。

McLaren Racing 电子部门负责人 Stephen Watt 在接受 EE Times 采访时说：“赛道上的赛车只是冰山一角；车队现在很大程度上是数据驱动的，通过围场范围的 5 Mbps 遥测链路接收到的数据以及从各种车载记录器卸载的数据，让赛道上和返回工厂的工程师能够分析汽车在隔离，以及通过研究其他团队的表现来进行战略分析。”

现代一级方程式赛车是一个智能、互联的数据系统，可以以每小时 200 多公里的速度行驶。汽车每秒钟都会向车队发送大量数据，传输从轮胎磨损到发动机温度等各种类型的信息。

ECU 和传感器

每辆车都装有多个 ECU。系统的中心是标准 ECU 或 SECU。SECU 本质上是一台小型但功能强大的计算机，用于控制、处理 F1 赛车的大量数据并将其传输给车队。SECU 包括优化与发动机、变速箱和差速器以及与空气动力学系统的交换。SECU 还是主要的数据存储和获取服务，它通过遥测向车队和比赛控制提供实时值。这使团队能够实时可视化他们的汽车性能，检查发动机健康状况、轮胎退化和油耗。

SECU 由 McLaren Applied（McLaren Racing 的姊妹公司）TAG-320B 提供，并且根据法规的规定，它必须由所有一级方程式车队运行。TAG-320B 提供了一个供车队、动力装置供应商和 FIA 使用的共享平台。TAG-320B 承载的功能从动力装置的核心操作到通常被认为理所当然的八速变速箱无缝换档，它允许 FIA 限制控制软件的功能，以确保驾驶员牵引力控制等辅助工具无法实施——或者如果团队使用它们，至少可以检测到它们的影响。

这辆车有大约 300 个传感器，SECU 监控 4,000 多个参数。在典型的比赛过程中，汽车将传输大约 3 GB 的遥测数据以及大约 4 GB 的日志记录；然而，这只是计算的种子。当处理并与其他来源（如音频和视频分析）结合时，这可能意味着一个团队会在一个典型的比赛周末留下超过 1TB 的有价值数据——这些数据在未来的赛事和赛季之前和期间一次又一次地被利用。

标准ECU

放置在单座上的传感器用于监测潜在问题；工程师可以根据收集到的数据立即做出决策。例如，如果检测到发动机温度升高，可能是因为驾驶员离前车太近；驾驶员团队可以提醒他离开热尾气，直到温度降至敏感值以下。

传感器分为三类：与线控功能相关的控制传感器，如油门踏板传感器，监测汽车健康状况的监测传感器，如液压系统压力，以及仪表传感器，如非接触式温度传感器，以监测摩擦材料。

一级方程式赛车有很多生命，”瓦特说。“在排位赛和比赛期间，它变成了一辆轻型赛车，只安装了我们完成比赛所需的最少设备，但即使在这种配置下，赛车也将有超过 1.5 公里的板载布线和 200 多个传感器. 相反的极端是冬季测试，当我们验证汽车时，它几乎变成了车轮测试实验室。

“对高质量数据的需求塑造了我们所做的很多事情，”他继续说道。“多年来技术和运动规则的变化以及赛道测试的减少，越来越强调每次在赛道上运行时对赛车的深入了解。在 Covid-19 大流行之后，一级方程式法规最近发生的变化旨在通过冻结汽车开发的某些领域来减少支出，这再次改变了这一挑战，使我们在成本和供应链方面看起来比以往任何时候都更加努力，并最大限度地提高了我们仍然拥有的自由领域。”

自 2014 年以来，FIA 开始要求使用流体流量计 (FFM)。FFM 还使用超声波来测量流体流量，这确保了对车辆燃油性能的非常准确的读数和即时分析。超声波流体流量测量需要使用两个压电换能器。这些换能器相互发送超声波脉冲，并使用飞行时间计算来确定流体流速。

文章来源：姊妹刊物 EE Times

编辑：ymf