Por Dino Florjančič
Director general de MonoDAQ y ex capitán del equipo de Fórmula Student

Los estudiantes de ingeniería de todo el mundo desarrollan y producen autos de carreras y compiten en las pistas más famosas. Los sistemas de adquisición de datos de Dewesoft ayudan a los estudiantes eslovenos a comprender sus autos de carrera y resolver problemas técnicos ... y ayudan a Dewesoft a encontrar y reclutar ingenieros motivados.

Formula student UNI Maribor GPE racing car 2013El UNI Maribor GPE racing car 2013 - masa 178 kg, potencia máxima 35 kW, chasis de tubo de aluminio, motor KTM 450 SX-F, caja de cambios secuencial con 75 ms de sincronización de cambio de marcha, llantas OZ racing 13 ″ y aceleración 0-100km/h en 3,7 s.

¿Sabías que Eslovenia tiene un equipo de jóvenes ingenieros que desarrollan de forma independiente potentes autos de carreras para competir en las pistas de carreras más famosas del mundo?

Los estudiantes de la Universidad de Maribor se unen a UNI Maribor Grand Prix Engineering y usan sus creaciones a través de Formula Student para llegar a la élite de ingeniería automotriz. El primer equipo de ingeniería de UNI Maribor Grand Prix de 30 estudiantes se formó en 2011 y desde entonces se han construido 9 autos de carrera y los ingenieros jóvenes están trabajando actualmente en el auto del año 2020.

The full student formula team of the University of Maribor Grand Prix Engineering (UNI Maribor GPE) 2013

El equipo Formula Student completo de la Universidad de Maribor Grand Prix Engineering (UNI Maribor GPE) 2013.

Formula Student

Formula Student es una competencia de diseño de ingeniería, la más grande del mundo para estudiantes de ciencias de la ingeniería, cada año compiten con sus conocimientos, experiencia y con la ayuda de las universidades y sus patrocinadores en la fabricación de autos de carrera y en diferentes etapas de carreras. Los estudiantes obtienen una valiosa experiencia práctica mediante la participación en la concepción, el diseño, la producción, las pruebas y las carreras de automóviles, así como la preparación de un plan comercial y un informe de costos.

El concepto detrás de Formula Student es que una empresa de fabricación ficticia ha contratado un equipo de diseño de estudiantes para desarrollar un pequeño auto de carreras al estilo Formula. El prototipo de auto de carrera será evaluado por su potencial como elemento de producción.

Cada equipo de estudiantes diseña, construye y prueba un prototipo basado en una serie de reglas, cuyo propósito es garantizar la seguridad en la pista (los automóviles son conducidos por los propios estudiantes) y promover la resolución inteligente de problemas.

Formula student action

A nivel mundial, hay varios cientos de equipos universitarios que compiten cada año en más de 40 competiciones celebradas en varios hipódromos de todo el mundo. Los organizadores de la competencia son asociaciones profesionales de ingeniería, con la ayuda de las empresas más grandes de la industria automotriz, como Porsche, Daimler, Audi, Jaguar y otras. La iniciativa también está destinada a capacitar a su futuro personal de ingeniería.

Contactando a Dewesoft

El equipo de Ingeniería Gran Prix de la Universidad de Maribor (UNI Maribor GPE) se reunió con Dewesoft cuando buscábamos un sistema de adquisición de datos para nuestro auto de carreras.

Inicialmente solicitamos patrocinio a la oficina local de National Instruments y estuvieron dispuestos a apoyarnos con hardware y software gratuitos. Sin embargo, enfatizaron que necesitaríamos programar una aplicación dentro de su SW para poder medir los datos de los sensores en nuestro automóvil. Podrían hacer eso por nosotros, pero esa parte no sería gratuita ni patrocinada. No teníamos recursos internos ni conocimiento para crear una aplicación de medición, por lo que esta no era realmente una opción viable.

Afortunadamente, uno de los miembros de nuestro equipo había sido patrocinado por Dewesoft en su proyecto anterior y sugirió llamar a la compañía. Visitamos la sede en Trbovlje y Dewesoft nos ofreció hardware y software gratis, ¡y no necesitábamos desarrollar la aplicación nosotros mismos!

El software Dewesoft X3 DAQ ya era una aplicación lista para usar. Simplemente tuvimos que conectar los dispositivos USB (SIRIUS y DEWE-43A) a la PC SBOX, conectar los sensores y los datos ya estaban llegando a las grabadoras en la pantalla.

Adquisición de Datos en Autos de Carrera

La adquisición de datos de autos de carrera es una tarea bastante compleja para un sistema de medición, ya que requiere muchas técnicas DAQ diferentes. Los valores medidos típicos incluyen:

Valores Medibles Sensor Acondicionamiento de Señal / Tipo de Adquisición de Datos
Fuerza vertical de la rueda Galga extensométrica / celda de carga en barras de tracción / varillas de empuje Cuarto / Medio / Amplificador de Puente Completo
Desplazamiento del damper  Potenciometro lineal Entrada analógica de potenciómetro de 10 V
Velocidad de la rueda Sensores inductivos o de efecto hall en una rueda dentada Entrada de contador
Posición del Volante Codificadores magnéticos Entrada de contador
Presión del freno Sensor de presión Entrada de voltaje
Aceleración de carrocería del vehículo y velocidad de rotación Unidad de medida Inercial Comunicación del puerto COM
Localización del vehículo Receptor GPS Interface GPS NMEA
Imágenes de video a bordo Cámara de video Interface de Video
Parámetros de la unidad de control del motor (ECU)   Comunicación CAN

Los dispositivos DAQ de Dewesoft ofrecen todos los extremos de acondicionamiento de señal necesarios para canales analógicos incluidos en la tabla, así como las entradas de contador. Utilizamos un segmento SIRIUS-STG de 8 canales para conectar medidores de tensión de puente completo y potenciómetros de cada una de las cuatro ruedas. Un DEWE-43 proporcionó 8 canales analógicos y de contador adicionales.

Los canales de contador se usaron para los sensores de velocidad de las ruedas y el codificador del volante, mientras que los canales analógicos del DEWE-43A fueron útiles para la presión de los frenos y otros sensores auxiliares. SIRIUS y DEWE-43A también proporcionan una interfaz de bus CAN que utilizamos para conectar a la ECU MoTeC para leer todo tipo de parámetros del motor: RPM, posición del acelerador, temperatura del aceite y del agua.

Dewesoft también nos proporcionó un dispositivo IMU y GPS (DS-IMU-2) que tuvo que conectarse a través de un puerto COM a la PC que ejecuta el software Dewesoft X. Lo mismo ocurre con una cámara de video de alta velocidad que conectamos a través de Ethernet (GigE).

Welding on the formula student car frameSoldadura en el marco del coche de Formula Student.

Dewesoft - Simple y Efectivo

La integración de todas esas señales fue perfecta en Dewesoft: configuró los canales analógicos en el menú »Analog In«, contadores de canales en el menú »Contadores«, GPS en su propio menú, hay un complemento especial para la configuración de IMU y El menú del bus CAN tiene su propia herramienta de decodificación CAN fácil de usar.

Incluso si el hardware consta de varios sensores y dispositivos diferentes, el usuario no siente ninguna complejidad al trabajar con la GUI del software Dewesoft X DAQ. Todo lo que hay son canales de datos basados ​​en el tiempo que pueden almacenarse o usarse en canales matemáticos. Todas las señales en Dewesoft también están sincronizadas, sin importar el tipo (analógico, digital, GPS, video).

No teníamos mucha experiencia con la tecnología de medición, ya que predominantemente había ingenieros mecánicos en el equipo. Dewesoft nos facilitó la vida, ya que solo debíamos conectarlo y medir. Tome los medidores de tensión como un ejemplo. Los diagramas de cableado en la configuración del canal Dewesoft dieron instrucciones claras sobre cómo cablearlos. Si intercambió los cables de entrada más y menos, simplemente presione el botón +/- en la configuración y la señal estaba en la dirección correcta.

Escalamos los medidores de tensión en las barras de tracción al levantar el automóvil en cuatro escalas de peso y utilizamos la calibración de dos puntos de Dewesoft: ingrese los valores de peso con un automóvil vacío, luego haga que un conductor pesado se siente en el automóvil e ingrese los nuevos valores de peso desde las escalas. Finalmente, los parámetros se guardaron en un chip TEDS en el conector DSUB9 de las entradas de galgas extensométricas que configuraron automáticamente cualquier canal al que estaba conectado el sensor en cualquier momento.

Formula student racing

El módulo Matemático de Dewesoft fue especialmente útil para nuestro análisis del comportamiento del automóvil. Para observar la aceleración lateral en las esquinas, los canales de aceleración tuvieron que ser filtrados de pasa baja a aproximadamente 5 Hz. Los valores de desplazamiento del amortiguador se usaron en ecuaciones para el cálculo de cabeceo y balanceo. Los datos de video y GPS fueron extremadamente útiles en el procesamiento posterior para hacer referencia a la ubicación en la pista de carreras. El complemento Polygon también se usó para la visualización de la pista de carreras y el automóvil.

El objetivo de la adquisición de datos era comprender el comportamiento del automóvil y mejorar sus características. Pudimos ver las aceleraciones máximas y las cargas de las ruedas que ocurren en la pista de carreras y compararlo con nuestros valores simulados para validar nuestro diseño y mejorar el diseño del automóvil del próximo año.

Formula Student - UNI Maribor Grand Prix Engineering (GPE) - Carros
  2011 2012 2013
Competiciones ·  FS Alemania 2011
·  FSAE Italia 2011
·  FS UK 2012
·  FS Austria 2012
·  FS Alemania 2012
·  FS UK 2013
·  FS Alemania 2013
·  FS Austria 2013
Masa 242 kg 211 kg 178 kg
Potencia Max  60 kW 62 kW 35 kW
Chassis Chassis de tubo de aluminio Chasis de tubo de aluminio Chasis de tubo de aluminio
Motor Honda CBR 600 RR PC40 Honda CBR 600 RR PC40 KTM 450 SX-F
Caja de cambios Secuencial con 100ms de sincronización de cambio Secuancial con 100ms de sincronización de cambio Secuencial con 75ms de sincronización de cambio
Ruedas Keizer OZ racing 13″ OZ racing 13″
Aceleración 0-100km/h: 3,5 s 0-100km/h: 3,4 s 0-100km/h: 3,7 s

Problema – Ruedas fuera del suelo

Se produjo un problema particular en las primeras pruebas del automóvil GPE12 que se abordó utilizando los datos adquiridos: el automóvil de repente levantó ambas ruedas internas del suelo en una de las curvas y solo una reacción rápida del conductor evitó que se volcara. Realmente no pudimos entender este fenómeno, ya que la combinación de la huella de la rueda (1200 mm) y la altura del centro de gravedad (270 mm) permitió una aceleración lateral máxima de 2.2 g para que las ruedas internas permanecieran en el suelo.

Los datos registrados en Dewesoft mostraron valores máximos de aceleración lateral de 1.7-1.8 g en el asfalto del aeropuerto muy adherente que utilizamos como pista de prueba. En teoría, eso no debería ser suficiente fuerza para sacar las ruedas interiores del suelo. Entonces, ¿qué pasó en esa ocasión en particular? Los datos también mostraron que la aceleración lateral máxima en esa ocasión no fue más alta que en las vueltas anteriores.

Como la carga no aumentó, el aumento del ángulo de balanceo solo puede ser causado por una menor rigidez o amortiguación. Examinamos las barras antivuelco y descubrimos que se desarrolló una cantidad sustancial de juego libre en sus rodamientos. Las barras antivuelco básicamente no ofrecían resistencia al rodamiento debido a este juego libre. Causó que el chasis ganara impulso al comienzo de la aceleración que volcó el automóvil.

El cálculo de la aceleración lateral máxima de 2.2 g se basó en una suposición cuasiestática y no tuvo en cuenta la inercia de balanceo del chasis, ¡especialmente no con las barras estabilizadoras defectuosas! Finalmente, nuestro sistema de medición nos ayudó a identificar el problema e incluso a solucionarlo el mismo día que ocurrió.

Archivo de datos de Dewesoft X tomado con los dispositivos de adquisición de datos de Deweoft durante la prueba del auto de carreras Formula Student.

Empleado por Dewesoft - La pandilla de GPE

La experiencia de trabajar con el hardware, el software y el equipo de Dewesoft y el equipo de Dewesoft convenció a varios miembros del equipo UNI MB GPE para unirse a las fuerzas de Dewesoft poco después de sus estudios. Ahora hay una »pandilla GPE« de cinco en la empresa.

Bojan Čontala fue el primer miembro en unirse a Dewesoft justo después de que terminó sus deberes de GPE como capitán del equipo en 2013. Siendo ingeniero mecatrónico, fue responsable de DAQ y electrónica y trabajó con el sistema Dewesoft en 2012 antes de asumir el papel de capitán del equipo. . Condujo la furgoneta del equipo por su cuenta durante 26 horas directamente desde Maribor a Silverstone, Reino Unido. Él está haciendo más de lo mismo hoy como gerente regional de ventas para Europa en Dewesoft.

Dos años más tarde, otros tres ex miembros de GPE se unieron a Dewesoft: Luka Jerman, Aleksander Klemenčič y yo. Luka desempeñó muchos roles técnicos importantes en el equipo de GPE desde el principio en 2011, trabajando en simulación y diseño de compuestos (2012), luego en simulación de dinámica de vehículos y diseño de suspensión (2013) y finalmente como director técnico (2014). Hoy Luka es un desarrollador de software para aplicaciones automotrices en Dewesoft.

The Dewesoft GPE Gang - from left to right: Luka Jerman, Primož Gorenšek, Dino Florjančič, Aleksander Klemenčič (in the car), and Bojan Čontala.La pandilla Dewesoft GPE - de izquierda a derecha: Luka Jerman, Primož Gorenšek, Dino Florjančič, Aleksander Klemenčič (en el auto) y Bojan Čontala.

Alex participaba de todos los oficios y fue maestro de muchos ya en aquel entonces. Trabajó en el mecanismo de cambio secuencial, la electrónica, el ajuste del motor y soldaba aluminio de 0,5 mm cuando era necesario. En 2012 tuvimos un gran lanzamiento de automóvil en el centro de Maribor con la presencia del ministro de educación esloveno. El motor no se encendió solo media hora antes del evento. Cuando todos perdieron la esperanza, Alex abrió la ECU MoTeC y soldaron un cable a la PCB que resolvió el problema. Hace más de lo mismo hoy como desarrollador clave centrado en dispositivos DAQ de bajo costo.

Cofundé el equipo de GPE en 2011 y fui capitán del equipo durante las dos primeras temporadas. Fue un viaje inolvidable, diseñar el automóvil, buscar patrocinadores, correr por Europa contra competidores de todo el mundo. Hoy no es tan diferente en mi papel como director gerente de MonoDAQ.

Poco después, Primož Gorenšek se unió también. Creo que el proyecto GPE podría haber durado menos de un año si no fuera por Primož. Fue el único chico en nuestro primer año que pudo trabajar con el motor y su electrónica, y de hecho lo hizo funcionar. Bueno, también destruyó algunos de ellos, todavía puedes encontrar válvulas y pistones rotos en el taller de GPE en Maribor. Primož ahora es ingeniero de aplicaciones automotrices y de combustión en Dewesoft y todavía trabaja en estrecha colaboración con Bojan y Luka.

Pensamientos Finales

"Formula Student es la mejor escuela de ingeniería del mundo", dijo en una entrevista Claude Rouelle, fundador y presidente del grupo internacional de consultoría de dinámica de vehículos OptimumG, "El éxito de Formula Student no se trata solo de diseñar buenos autos, se trata de diseñar buenos equipos ".

Y claro, ambos se lograron en Eslovenia. El GPE ciertamente cumplió su propósito por nuestra parte: agregó la experiencia práctica a la teoría que nos permite contribuir a una compañía electrónica avanzada que abastece a la industria automotriz en todo el mundo. ¡El equipo UNI Maribor Grand Prix Engineering está reclutando nuevamente en marzo de 2020!