Uporaba programske opreme DewesoftX in infrardeče kamere Optris za merjenje temperature v kabini A480

Kabina dirkalnika je zelo tesna in nabita z elektroniko

Infrardeča kamera OPTRIS in zajemanje toplotne video slike

Pred dobrim letom je moštvo Alpine Elf Endurance, ki se je s svojim dirkalnikom A480 podalo v najvišji razred svetovnega vzdržljivostnega prvenstva (FIA WEC), iskalo metodo za spremljanje temperature v kabini in za odkrivanje virov vročine. Francoska podružnica trboveljskega podjetja Dewesoft jim je priskrbela rešitev. V nadaljevanju je poročilo o tem primeru, ki ga je lani napisal generalni direktor Dewesoft Francija Loïc Siret in doslej v slovenščini še ni bilo objavljeno. Poročilo danes ni prav nič manj zanimivo, Dewesoft pa je tudi letos tehnični partner moštva Alpine Elf Endurance, ki po prvih dveh dirkah sezone vodi v skupni razvrstitvi razreda Hypercar. Na to sodelovanje opozarja logotip podjetja iz Trbovelj, ki je nameščen na sredi bokov A480, tik ob že ikonični startni številki 36.

Boj proti vročini! Dirkalniki so vrhunski tehnološki izdelki in tudi preskusni laboratoriji za avtomobilske tehnologije. Za zagotavljanje optimalnega delovanja in varnosti ima temperatura ključni pomen. Gre za problem ohranjanja dovolj nizkih temperatur in njih spremljanja v kabini, pnevmatikah, motorju, elektroniki itn. med dirko, ko se vsi sistemi dirkalnika segrejejo do najvišjih dovoljenih temperatur. Dirkalniki so nabiti z opremo za opravljanje namenskih meritev med samo dirko. Boj proti vročini in ohranjanje primernih temperatur pogonskega sklopa ter drugih sistemov dirkalnika je pomembna naloga moštva, tako v fazi snovanja dirkalnika kot potem na dirkališču. Kadar se motor pregreva, izgublja moč, vročina povzroča raztezanja ali oslabi, na primer, materiale v menjalniku, olje izgubi svoje mazalne lastnosti in elektronika lahko odpove.

V sklopu kolesa, na primer, čigar del je tudi zavori sistem, se lahko zavorni kolut in zavorne obloge segrejejo na temperaturo do 900°C, po drugi strani pa najvišja delovna temperatura zavorne čeljusti znaša okrog 260°C. Dirkalne pnevmatike imajo zelo ozko temperaturno območje optimalnega delovanja. V večini primerov ta okvir optimalnih zmogljivosti in oprijema znaša pičlih 30°C. Previsoka ali prenizka temperatura pnevmatik vpliva na zmogljivosti in na varnost. Vpliva že, če se temperatura okolja spremeni za samo nekaj stopinj. V celoti to pomeni, da je obvladovanje in upravljanje temperatur ključnega pomena za zanesljivost, zmogljivosti in varnost. Za spremljanje temperature sestavnih delov dirkalnika morajo vsa dirkalna moštva in vsi proizvajalci avtomobilov uporabljati večfizikalne senzorje in opremo za zbiranje in obdelavo podatkov, ki je zmožna kar najbolj natančno in hitro združevati različne meritve.

Moštvo Alpine Elf Endurance letos že drugo sezono zapored tekmuje v najvišjem razredu svetovnega vzdržljivostnega prvenstva z dirkalnikom A480 s slovito startno številko 36. Od svoje vrnitve v vzdržljivostno dirkanje je Alpine v razredu LMP2 že dvakrat osvojila naslov evropskega prvaka, dvakrat naslov svetovnega prvaka in tri zmage v Le Mansu v razredu LMP2. Alpine ostaja še naprej zavezana vrhunskemu avtomobilskemu športu: od leta 2021 tekmuje tako v razredu Hypercar prvenstva FIA WEC kot tudi v svetovnem prvenstvu formule 1.

VROČINA: TEŽAVA IN IZZIV
Moštvo Alpine Endurance je med pripravami na lansko sezono hotelo nadzorovati temperaturo v kabini dirkalnika, da bi preprečilo njeno preveliko segrevanje. Znotraj dirkalnika ima voznik pogosto težave z visoko temperaturo. Ključno je ugotoviti, kaj je težava in kako velika je. Ugotoviti vire vročine in opraviti meritve temperature v kabini. A kako meriti in spremljati temperature?

In naj se ve, to vpliva tudi na dirkača. Temperatura znotraj kokpita dirkalnika formule 1 v povprečju znaša 50°C. Med dirkami, ki trajajo dve uri in pol, dirkač lahko samo s potenjem izgubi od 2,5 do tri kilograme telesne teže. Torej, poglavitni problem je obvladovanje temperature v kabini, tako zaradi dirkača kot tudi vgrajenih elektronskih naprav. Te lahko oddajo napako ali napačne podatke, ki lahko povzročijo zaustavitev motorja med dirko ali ga celo poškodujejo. Namestitev termočlena ali platinskega tipala temperature z uporom Pt100 (RTD) v notranjščino dirkalnika ni prav lahko – prostor je zelo omejen in težko dostopen. Poleg tega je treba natančno vedeti, kam namestiti tipalo, torej poznati problem, saj so ti senzorji namenjeni merjenju le v eni točki. Kokpit dirkalnika je prostorsko zelo omejen. Ne dopušča namestitve nobenih večjih naprav. Prav tako so lahko težave z nameščanjem senzorjev na druga mesta v ali na dirkalniku, na primer pnevmatike, kolesa, motorje, deflektorje ipd.

MERITVE
Med najbolj pogosto uporabljanimi in priljubljenimi tipali za merjenje temperature danes so termočleni, upornostna temperaturna tipala (RTD – Resistance Temperature Detector) in termistorji. Dewesoftove naprave za shranjevanje podatkov podpirajo vse tri vrste. Toda Dewesoft poleg standardnih temperaturnih tipal podpira tudi merjenje temperature z infrardečimi kamerami znamke OPTRIS – tudi v kombinaciji in sinhronizirane z analognimi tipali temperature. V tem primeru je bila toplotna video kamera edina uporabna rešitev.

Moštvo Alpine je uporabilo kombinacijo toplotne kamere Optris in opreme Dewesoft. Ta je inženirjem omogočila, da so:
● izmerili povprečne, najvišje in najnižje vrednosti,
● ugotovili vire visoke temperature in
● spremenili tokove zraka, da so vročino razpršili.

V programski opremi za zbiranje podatkov DewesoftX se video posnetki kamere OPTRIS sinhronizirajo z analognimi in drugimi viri podatkov z natančnostjo do ~10 milisekund.

Dewesoftove naprave za shranjevanje podatkov o temperaturi in zapisovalnikov meritev temperature omogočajo natančno zbiranje meritev iz vseh vrst tipal, kot so termočleni, upornostna temperaturna tipala in termistorji. Naprave za shranjevanje podatkov so po zasnovi modularne in jih je možno razširiti od ene same do tisočev merilnih točk.

SKLEP
Rešitev je razvojnim inženirjem moštva Alpine omogočila, da spremljajo, ali je temperatura stabilna ali ne. Lahko so ugotovili vire vročine, natančno določili del ali napravo, ki je vir vročine, in opazovali učinke sprememb, na primer razpršitve toka zraka. Dewesoftova rešitev za zbiranje podatkov ponuja še dodatne prednosti, saj lahko združuje infrardeče toplotne kamere z drugimi vhodnimi podatki:
- video posnetke običajne ali velike hitrosti,
- podatke naprav GPS in INS/IMU (Inertial Navigation System / Inertial Measurement Unit) za določanje položaja,
- podatke o hitrosti in pospeških,
- podatki CAN bus,
- in še več.

Strojna in programska oprema Dewesoft za zbiranje podatkov je možno uporabiti za merjenje in analizo katerihkoli zunanjih ali notranjih delov avtomobila.