Standardizovaná ECU v F1 - Jakou volnost ponechává týmům?

Od roku 2008 všechny monoposty v F1 využívají stejnou specifikaci řídicí jednotky (ECU), kterou dodává společnost McLaren Electronic Systems (protože se jedná o standardizované zařízení, používá se také zkratka SECU). Stručný vysvětlení toho, o co se jedná a jak funguje, poskytl nedávno Pat Symonds (viz zde). Dnes na tento článek navážeme a na její části se podíváme podrobněji.

SECU je uzavřená nejen elektronicky, ale i mechanicky - pečetí, jejíž stav může být kdykoli zkontrolována pohledem. Elektronicky zámek je subsystém, který znemožní její fungováni, pokud jednotka nerozpozná nainstalovaný software. FIA tím zajistila, že v ní může být provozován pouze schválený software.

Standardizovaná řídicí jednotka podle Autosportu, který zpovídal obchodního ředitele dodávající společnosti Petera van Manena, zajišťuje vše od řízení dat po krouticí moment. Motory nejsou propojeny s pedály lankem, k jejich ovládání (drive by wire) se nepoužívá mechanické spojení. Jak to tedy funguje?

Topologie SECU: Propojení s displejem a jednotkami v každém rohu monopostu, dole zdroj napájení (foto: McLaren Electronic Systems)

Do SECU je zasílána informace o poloze senzoru v plynovém pedálu, ta je využívána k řízení toho, nakolik hydraulické ovládací prvky otevřou škrticí klapky. Vztah však nemusí být lineární a týmy si mohou naprogramovat vlastní mapu, která popisuje, o kolik se mají s každým stupněm pohybu pedálu otevřít škrticí klapky. Umožňuje to nastavit ovládání pedálu v oblasti co nejvyšší citlivosti pilota. Toto mapování se během závodu nesmí měnit, aby se to nemohlo zneužívat pro kontrolu prokluzu.

SECU ovlivňuje rovněž množství a dobu vstřikovaného paliva a zapalování, což jsou klíčové parametry pro maximální výkon a úspornost motorů. Týmy do SECU mohou pro optimalizaci svých balíků nahrávat vlastní mapy. Současné osmiválce dosahují 18 000 ot./min, což znamená, že výpočty musí být prováděny 150 krát za sekundu.

SECU řídí i lamelové spojky z karbonových vláken. Podobně jako u plynového pedálu, opět neexistuje mechanické propojení mezi ovládacími páčkami pod volantem, které kontrolují vysokotlaké hydraulické systémy ve spojce (250 barů). Vztah může být opět mapován s ohledem na maximální citlivost kolem bodu záběru.

Dnešní převodovky řízené SECU dokáži řadit bez ztráty pohonu, což je možné pouze díky velmi preciznímu načasování jejich operací a pečlivému mapování. Řídicí jednotka po výjezdu z garáže monitoruje pozici senzorů, aby přesně věděla, kdy může pohnout s přesuvníky. Díky tomu může v plné zátěži přesně řadit, aniž by došlo ke vzájemnému kontaktu přesuvníků.

Řídí také hydraulický tlak v diferenciálu s omezenou svorností, ty jsou však dnes velmi omezené pravidly a neumožňují nic fantastického. Pohonné ústrojí je od svého počátku po konec nabito senzory pro detekcí pozic, tlaků a teplot v reálném čase.

Čidlo pro měření tlaku v pneumatikách (foto: McLaren Electronic Systems)

Čidla poskytují nejen zpětnou vazbu řídicí jednotce pro správný provoz systémů, umožňují také vše kontrolovat a ujistit se, že nedochází k narůstání problémů. Pokud něco není v pořádku, může udělat cokoliv od varování po vypnutí motoru, jak jsme to viděli v případě Romaina Grosjeana či Sebastiana Vettela ve Valencii.

Ve voze je proto každý senzor potřebný pro provoz zdvojený. Neustále kontrolují spolehlivost jeden druhého, aby bylo zajištěno, že poskytují správné údaje. Pokud je nalezen problém s jedním z čidel, SECU může přepnout na záložní nebo čerpat data z ekvivalentního zdroje.

Selže-li čidlo pozice klikové hřídele, hladce přepne na druhý. Selže li čidlo pozice vačky, může využít senzor klikovky a umožnit, aby byl motor přesto nastartován. Cílem je, aby nemuselo dojít k zastavení kvůli poruše v jediném místě.

Týmy sbírají data po celém voze a SECU může zaznamenat 512 parametrů ze 120 různých senzorů současně. Každý z těchto parametrů dokáže měřit až tisíckrát za sekundu, přičemž je limitována svou výkonností. Týmy proto vytvářejí své vlastní logovací sady (co a jak často se má zaznamenávat) v závislosti na tom, co potřebují vědět.

S ohledem na propojení všech senzorů obsahuje SECU stocestné konektory vyhovující vojenským standardům. V každém rohu se nacházejí další díly pro sběr dat, které jsou se SECU propojené vysokorychlostním (1Gbps) spojem. Sbírají data z kol a brzd - včetně rychlosti otáčení kol, teplot brzd, tlaků v brzdách, teplot a tlaků pneumatik.

SECU přenáší data v reálném čase inženýrům do boxů(foto: McLaren Electronic Systems)

Během závodu vůz nasbírá kolem 1,5 GB dat - téměř všechna jsou přitom v reálném čase odesílána přes telemetrii do boxů. Po návratu auta do garáže se připojí "pupeční šňůra" - hlavní datový kabel a srovnávají se rozdíly: to co bylo nahráno a co zůstalo ve voze. Do počítačů se stáhnout potenciální zbytky dat. K výpadkům telemetrie však dochází velmi zřídka - u McLarenu k tomu podle Van Manena během závodů nedošlo od prvního nasazení v roce 1993.

Týmy chtějí mít data k dispozici samozřejmě co nejdříve, protože je mohou využívat k dalšímu rozhodování v závodě. Proto využívají telemetrii a nečekají, až se vůz objeví zpět v garáži. Navíc kdyby při havárii došlo k poškození SECU, každý bajt dat doma se v době zákazu testování počítá.

Aby to vše řídicí jednotka zvládala, využívá čtyři 32bitové procesory. Dva se starají o vstupy a výstupy a jsou docela podobné těm, které se nacházejí v běžných silničních vozech. Pracují na frekvenci 60 MHz (navíc obsahují další rozšíření, jako např. časovač či vestavěná 8GB flash paměť). Další dva procesory běží na frekvencích 300 a 400 MHz a používají se pro velké množství rychlých výpočtů, které jsou klíčové pro motor, převodovku a zpracování dat.

Grafické vyjádření dat, která jsou po zpracování řídicí jednotkou odeslána telemetrií do boxů(foto: McLaren Electronic Systems)

Pro programování SECU se používá Céčko, většinou automaticky generované na základě modelů reprezentujících řídicí jednotku. Jedná se o nízkoúrovňový programovací jazyk, který méně zatěžuje procesor - a v této oblasti je důležitá zejména rychlost.

Týmy se od zavedení standardizace velmi dobře přizpůsobily omezením a zjednodušila se i kontrola nad elektronikou. Přitom i zde zůstalo zachováno pole pro soutěžení a zlepšování. SECU z HRT může být nasazeno do vozu Red Bullu a po nahrání vhodných map by monopost dále perfektně fungoval. Týmy jsou díky SECU kontrolovány, aniž by byly příliš omezeny.