TELEMETRÍA 1: HISTORIA Y FUNCIONAMIENTO

La F1 desde sus orígenes ha evolucionado mucho, es algo que todos sabemos. A pesar de las trabas que impone la FIA habitualmente que tienen como fin hacer los coches más seguros, no tanto con medidas en ese sentido sino más bien reduciendo sobre todo sus prestaciones consiguiendo así que sean menos veloces,  la evolución de la tecnología les hace ser cada día más rápidos a pesar de todas esas limitaciones.

Muchos son los factores que han hecho posible esa evolución y uno de los que tiene un valor muy alto es la capacidad de obtener datos del comportamiento del coche para ser analizados posteriormente y de esa forma poder realizar modificaciones que de otra forma sería imposible. Como todos  imagináis estoy hablando de la telemetría.

Todos, en mayor o menos medida está familiarizado con este término pero ¿Qué es la telemetría? La telemetría es una tecnología que permite la medición remota de magnitudes físicas y el posterior envío de la información hacia el operador del sistema. Así dicho puede resultar complejo pero realmente es muy sencillo de comprender. Usando el ejemplo de la F1actual la telemetría permite que todos  los datos registrados por multitud de sensores repartidos por el coche sean conocidos en el momento por los ingenieros del equipo. Esta información les permite predecir elementos importantes del monoplaza como puede ser el límite de utilización de un motor o el grado de seguridad activa de una determinada pieza.

Antes de analizar en profundidad esta tecnología me parece interesante hacer primero un repaso sobre cuál fue la evolución de esta tecnología a lo largo de los años. 

Historia de la telemetría.

El primer intento de introducir la telemetría en la Fórmula 1 fue en 1980, cuando Karl Kempf diseñó un sistema que consistía en un mini ordenador y un conjunto de sensores de captación de datos para controlar la suspensión electrónica del Tyrell 010 pero dicho  proyecto se abandonó por la elevada complejidad del mismo y el coche nunca llegó a correr con este sistema.

En los años noventa se consiguió por fin afinar el sistema y llego a la máxima competición de la mano de las escuderías Williams y McLaren.  A partir de entonces la electrónica adquiere un papel importantísimo en la competición automovilística. Las ayudas electrónicas  supusieron un gran avance tecnológico y los equipos que no las usaron se quedaron atrás en la competición. El control de dichos sistemas se realizaba gracias a la telemetría. Hasta ese momento la información obtenida por los distintos sensores repartidos por el coche se realizaba unidireccionalmente es decir, los datos conseguidos se enviaban a un ordenador situado en el coche que se encargaba de analizar y modificar diferentes configuraciones del coche a la vez que los guardaba para su posterior análisis por los ingenieros que descargaban los datos cuando el monoplaza llegaba a boxes.

Posteriormente se abrió la posibilidad de enviar datos al box sin necesidad de conectarse el ordenador de abordo gracias al envío de información de manera inalámbrica. Ya podían disponer datos en tiempo real del coche (tiempo por vuelta, revoluciones del motor, presión del aceite, velocidad del viento, constantes vitales del piloto, etc.) pero no se podía intervenir sobre él.

La escalada en prestaciones que se produjo en los coches fue tal que la FIA decidió en 1993 prohibir las ayudas electrónicas dirigidas a facilitar la conducción, alegando que “el piloto debía de conducir el coche por sí mismo y sin ayudas”. La lista de "ayudas al piloto" englobaba al control de tracción, frenos ABS, ruedas traseras direccionales, suspensión activa, y otras formas de control de estabilidad. No faltaron ingenios para eludir las prohibiciones de la FIA, como la famosa “Opción 13” de Tad Czapski. En 1994, el Benetton de Michael Schumacher disponía de una opción 13 oculta en un display de 10 opciones que activaba un control de salida electrónico.

El siguiente gran impulso a esta tecnología se dio en 2001 cuando TAG Electronics introdujo en la F1 la telemetría bidireccional. Los ingenieros no sólo podían recibir información del coche en el pit, sino que también podían modificar la configuración de éste en tiempo real mientras se encontraba en la pista. Tras el desarrollo, en 2002 ya se podía modificar el mapeado del motor y activar o desactivar determinados sensores desde el pit. Una vez más la FIA lo prohibió en la temporada 2003 volviendo a ser el piloto quién realizara dichas tareas mediante los botones situados en el volante pero esta medida era como ponerle una puerta al campo.

Con el avance espectacular que se produjo en la electrónica, la miniaturización de componentes y en los métodos de análisis nadie aseguraba a la FIA que las limitaciones se pudieran llevar a efecto. Esconder un procesador que realizara las tareas era factible y difícil de encontrar por los comisarios y sobre todo con los complejos Software actuales se podía camuflar fácilmente funciones que podían realizar. Prueba de ellos fue el visto bueno que dio la FIA en 2001 a la vuelta del control de tracción, que ya fue prohibido a finales de los 90. ¿Por qué? Pues en 2001 había  sospechas bastante fundadas de su utilización. Ante la posibilidad  de que existieran equipos que lo usaban y otros que no se decidió legalizarlo. El problema radicaba en que cada escudería utilizaba su propia ECU y la FIA lo tenía casi imposible para descifrar toda la electrónica de los coches, y saber si el control de tracción actúaba o no. En las arrancadas se veía monoplazas que salían como cohetes, sin apenas levantar humo, mientras otros seguían derrapando como siempre.

En 2008 el órgano rector cogió las riendas del asunto y determinó que ellos tendrían   prohibió de nuevo todo tipo de ayudas electrónicas, destacando sobre todo la eliminación del control de tracción, y para ello se impuso el uso de una ECU común para todos los monoplazas que fue desarrollado por McLaren Electronics.

Bien, llegados a este punto ya puedo entrar a analizar en profundidad como funciona la telemetría de un F1.

Medios de transmisión.

Existen dos formas para el envío de información, por un lado los ingenieros reciben datos mediante la transmisión por medios guiados, es decir el típico cablecito que se conecta al ordenador directamente. Este método mas sencillo y lento pero muy seguro ya que está  libre de miradas indiscretas o piratas que te quieran espiar.

El segundo método es utilizando medios no guiados, es decir el envío de información hacia el operador se realiza por el aire mediante comunicación semi-continua de forma inalámbrica. Existen dos formas incluidas en este método:

A- Telemetría por ondas de radio y microondas.

La telemetría semi-continua consiste en la transmisión continua de datos desde el coche al paddock mediante ondas de radio y microondas pero hay un problema. Las ondas de microondas tienen problemas para superar  obstáculos sólidos como puede ser un edificio, árboles, colinas, etc y esto puede ocasionar una pérdida de información. En circuitos situados en circuitos urbanos o en medio de un bosque existen fluctuaciones en la potencia de la señal recibida o interacciones con las señales de otros vehículos produciéndose pérdidas de información.

Para poder solucionar este problema, un dispositivo (el data logger) permite almacenar los datos que pueden perderse. Comprobando la calidad del enlace entre el coche y el box de los ingenieros en determinados instantes, el sistema decide o no mandar los datos. Si la recepción es débil, el sistema almacena los datos y los transmite cuando las condiciones son más favorables. De esta manera, no se pierden los datos, aunque los ingenieros no puedan analizarlos por completo en tiempo real, debido a los retardos introducidos.

La  información que se manda utilizando este enlace es la más crítica durante la carrera. Esta tecnología normalmente utiliza las bandas UHF, la misma que se usa para el envío de la señal TDT o la antigua  televisión analógica que son realmente microondas con frecuencias comprendidas entre los 300 MHz - 3 Hz. Podrían usarse también ondas de radio de la banda VHF (30-300 MHz). Este es el enlace de mayor velocidad, aunque tiene muchos inconvenientes. Al tener un ancho de banda menor no podría transmitirse tanta información pero sobre todo es el menos fiable debido a que se producen muchas interferencias y por tanto la pérdida de datos es mayo.

Como veis, se llama semi-continua ya que no siempre se puede recepcionar bien los datos y hay que ininterrumpirá la emisión.

B- Telemetría por infrarrojos.

La otra forma de transmisión semi-continua de datos mediante medio no guiado es utilizando los Infrarrojos y que subsana los problemas generados por el sistema anterior. Como las ondas de microondas tienen problemas superando los obstáculos sólidos y esto puede ocasionar una pérdida de información, se recurren a otras formas de transmisión. El vehículo transmite una gran cantidad de información (10 Mb) en cada paso por vuelta, cuando pasan a corta distancia del pit lane. 

De esta forma, se descarga toda la información almacenada en el data logger para poder ser analizada. Los infrarrojos operan a partir de los 300 GHz. Es más lento que las ondas de radio, pero más fiable, aunque si el coche pasa lejos del muro puede haber mala recepción, y por tanto, pérdida de información.

Bien, hasta aquí los medios que se usan para el envío de información. Este es el momento para ver cómo se envían esas señales al muro.

  

Esquema de los dispositivos de telemetría

Para conocer mejor el sistema habría que diferenciar los elementos que forman parte del coche y los que están situados en la central de recepción de datos.

A-    Coche: En él se monta los  elementos claves,  sin ellos no sería posible la telemetría en la F1. Los monoplazas actuales cuentan con una extensa red de sensores (400 aproximadamente) que recaban la información que será enviada a su ordenador central, el cerebro coche, la ECU (Electronic Control Unit). Todos los equipos que conforman la parrilla utilizan un  modelo estándar fabricado por la escudería McLaren en colaboración con Microsoft.

La ECU está basada en la arquitectura Power-PC, cuenta con dos procesadores de 40MHz, 1GB de memoria estática, 1MB de memoria flash ROM y 1MB de memoria SRAM. Su tasa máxima de transmisión de datos es de 230Kbps. Bien, en este punto la ECU ya tiene los datos y ahora hay que transmitirlo. Para ellos los ingenieros usan un cable Ethernet o RS-232 para conectarla con un ordenador portátil cuando está parado el coche en boxes pero cuando está circulando utiliza dos dispositivos.

Por un lado la ECU codifica la información y la envía una antena emisora de microondas o bien al disparador de vuelta que se encarga de hacer lo mismo pero mediante infrarrojos.

Antena para la telemetría.

Cada monoplaza lleva incorporada una pequeña (y aerodinámica) antena situada en el morro y a más de 10cm de altura, para evitar que la curvatura de la tierra sea un obstáculo más. Es omnidireccional, es decir puede recibir o emitir datos en todas las direcciones (360º) y trabaja a una frecuencia de entre 1,45 y 1,65 GHz y una potencia de 160W. En la parte trasera del coche también se incorpora una segunda antena pero en este caso unidireccional.

B- Central de recepción.

Antenas de recepción .

 Para poder enviar información a corta distancia, a lo largo de todos y cada uno de los circuitos del Mundial existen una serie de antenas repetidoras a las que llegan los datos desde los monoplazas. Esos repetidores redirigen la señal hasta el "centro de datos" de cada equipo (un camión situado en el 'paddock') y de ahí se manda al muro de boxes para que los directivos puedan ver como se está comportando el coche en la pista.
El dipolo o antena base situada sobre un mastil encima del "centro de datos" de cada equipo, tiene una potencia de 100W,  cuenta con dos posiciones de banda de emisión/recepción: 1,45-1,55GHz y 1,55-1,65GHz.
 

Esta antena base va conectada a una unidad emisora/receptora CBR-610 que actúa como modem y des/encripta la señal con los datos codificados. Desde el mismo "centro de datos" también se envía la información directamente a la fábrica de la escudería vía satélite, usando antenas parabólicas trabajando en la banda SHF.

Para comprender mejor la complejidad y el entramado de datos que mueve  todo el sistema merece la pena ojear este vídeo para que os hagáis una imagen de situación.

Bueno amigos, después de todo el proceso de recepción llega lo más importante. Recibir millones de bit de información durante una carrera es vital pero un dato es un dato. Todo este proceso no serviría de nada si no se pudiera sacar conclusiones de la información recibida y para facilitar la tarea existe un complejo sistema de  software llamado Atlas que pule y da esplendor a todo lo recibido para que los ingenieros puedan interpretar fácilmente los resultados gracias a la lectura de los datos mediante complejas gráficas. Una muestra del resultado final podemos verlo en la imagen de abajo.
Por lo tanto, el descifrado de esos datos transmitidos por los sensores, el seguimiento del coche y tomar las decisiones correctas sobre los mismos datos, con independencia de si la decisión fue tomada por un hombre o una computadora es básico para el éxito de 'conducción' de los modernos Fórmula y merecen un artículo por sí solo. Será el siguiente de la lista, pero eso será otra historia.