Di Dino Florjančič
Managing Director alla MonoDAQ ed ex- Capitano di un Team Formula Student 

Gli studenti di ingegneria di tutto il mondo sviluppano e producono auto da corsa e competono sulle piste più famose. I sistemi di Acquisizione Dati Dewesoft aiutano gli studenti sloveni ad analizzare le loro auto da corsa e risolvere i problemi tecnici ... e per Dewesoft  è un'ottima occasione per trovare e reclutare ingegneri motivati.

Formula student UNI Maribor GPE racing car 2013La vettura da corsa UNI Maribor GPE 2013 - peso 178 kg, potenza massima 35 kW, telaio in tubi di alluminio, motore KTM 450 SX-F, cambio sequenziale con tempo di cambiata pari a 75ms, ruote OZ racing 13 ″ e accelerazione 0-100km/h in 3,7 s.

Sapevi che la Slovenia ha un team di giovani ingegneri che sviluppa in modo indipendente potenti auto da corsa per competere sulle piste da corsa più famose al mondo?

Gli studenti dell' Università di Maribor fanno parte dell' UNI Maribor Grand Prix Engineering e mettono alla prova i loro progetti partecipando alla Formula Student con l'obiettivo di farsi strada nell'elite dell'ingegneria automobilistica. Il primo Team UNI Maribor Grand Prix Engineering era composto da 30 studenti ed ha mosso i primi passi nel 2011. Da allora sono state costruite 9 auto da corsa e, attualmente, una squadra di ingegneri giovani e motivati sta lavorando sull'auto del 2020.

The full student formula team of the University of Maribor Grand Prix Engineering (UNI Maribor GPE) 2013Il Team Formula Student Grand Prix Engineering dell'Università di Maribor al completo (UNI Maribor GPE) 2013.

Formula Student

La Formula Student è la più grande competizione al mondo di progettazione ingegneristica per gli studenti di scienze ingegneristiche. Questi, ogni anno, competono con le loro conoscenze, le esperienze, l'aiuto delle università e dei loro sponsor, nella produzione di auto da corsa che poi gareggieranno sui circuiti più prestigiosi sparsi nel mondo. Gli studenti, partecipando all'ideazione, la progettazione, la produzione, alle prove e alle corse di un'auto, acquisiscono sia una preziosa esperienza pratica che una fondamentale preparazione sul piano aziendale e di gestione dei costi.

L'idea alla base della Formula Student è che, una fittizia società, dia l'incarico di sviluppare una piccola auto da corsa in stile Formula ad un team di progettazione studentesca. Il prototipo dell'auto da corsa verrà poi valutato prendendo in esame il suo valore come potenziale articolo di produzione.

Ogni team di studenti progetta, costruisce e testa un prototipo basato su una serie di regole, il cui scopo è sia garantire la sicurezza in pista - le auto sono guidate dagli studenti stessi - sia promuovere soluzioni intelligenti ai problemi.

Formula student action

A livello globale, ci sono diverse centinaia di squadre universitarie che partecipano ogni anno ad oltre 40 competizioni tenute su vari circuiti in tutto il mondo. Il concorso è organizzato da associazioni di ingegneria professionale, con l'aiuto delle più grandi aziende del settore automobilistico, come Porsche, Daimler, Audi, Jaguar, ed altre – l'iniziativa intende anche formare il loro futuro personale.

L'incontro con Dewesoft

Il team del Grand Prix Engineering dell'Università di Maribor (UNI Maribor GPE) ha incontrato Dewesoft mentre cercava un sistema di acquisizione dati per la loro auto da corsa.

"Inizialmente avevamo chiesto la sponsorizzazione all'ufficio locale di National Instruments. Questo, si dimostrò disposto a supportarci con hardware e software gratuiti. Tuttavia, sottolinearono che avremmo dovuto programmare un'applicazione all'interno del loro SW per poter misurare i dati dai sensori della nostra auto. National Instruments avrebbe potuto occuparsi anche di quell'aspetto ma non lo avrebbe potuto fare né gratuitamente né come sponsorizzazione. Noi, da parte nostra, non avevamo né risorse interne né conoscenze per creare un'applicazione di misura, quindi quella non era davvero un'opzione praticabile."

"Fortunatamente uno dei membri del  team era stato sponsorizzato da Dewesoft nel suo precedente progetto e suggerì di chiamare l'azienda. Ne seguì una visita al quartier generale a Trbovlje, e Dewesoft si offrì di supportare la squadra con hardware e software gratuiti - senza che noi fossimo costretti a sviluppare l'applicazione da soli!"

"Il software DAQ Dewesoft X3 era già un'applicazione pronta all'uso. Era sufficiente collegare i dispositivi USB (SIRIUS e DEWE-43A) all' SBOX PC, collegare i sensori, e i dati arrivavano direttamente nei registratori sullo schermo."

Acquisizione dei dati di un'auto da corsa

L'acquisizione dei dati di un'auto da corsa è un'operazione piuttosto complessa per un sistema di misura, poiché richiede molte tecniche DAQ diverse.I valori tipicamente misurati sono:

Measured value Sensor Signal conditioning / Data acquisition type
Wheel vertical force Strain gauge/load cell on suspension pull rods/pushrods Quarter / Half / Full bridge amplifier
Damper displacement Linear potentiometer 10 V potentiometer analog input
Wheel speed Inductive or hall effect sensors on a toothed wheel Counter input
Steering wheel position Magnetic encoders Counter input
Brake pressure Pressure sensor Voltage input
Vehicle body acceleration and rotation speed Inertial measurement unit COM port communication
Vehicle Location GPS receiver GPS NMEA interface
On-board video footage Video camera Video interface
Engine Control Unit (ECU) parameters   CAN communication

I dispositivi Dewesoft DAQ offrono tutti i front-end di condizionamento del segnale necessari per i canali analogici inclusi nella tabella come anche gli ingressi counter. "Il nostro team ha usato l' 8 canali SIRIUS-STG per collegare estensimetri a ponte intero e potenziometri su ciascuna delle quattro ruote mentre un DEWE-43 ha fornito 8 canali analogici e counter aggiuntivi."

"I canali counter sono stati utilizzati per i sensori di velocità delle ruote e per l'encoder del volante mentre i canali analogici del DEWE-43A sono stati utili per la pressione dei freni e altri sensori ausiliari. SIRIUS e DEWE-43A hanno fornito un'interfaccia CAN bus usata per collegaresi alla centralina MoTeC per consentirci la lettura di tutti i tipi di parametri del motore: RPM, posizione dell'acceleratore, olio e temperatura dell'acqua."

"Dewesoft ci ha anche fornito un dispositivo IMU e GPS (DS-IMU-2) che è stato collegato tramite una porta COM al PC con il software Dewesoft X. Lo stesso vale per una videocamera ad alta velocità che è stata collegata tramite Ethernet (GigE)."

Welding on the formula student car frameSaldatura del telaio dell'auto Formula Student

Dewesoft – Semplice ed Efficace 

"L'integrazione di tutti questi segnali è stata realizzata con semplicità in Dewesoft: abbiamo impostato i canali analogici nel menu »Analog In«, i canali dei contatori nel menu »Contatori«, il GPS nel suo menu, c'è un plug-in speciale per la configurazione dell'IMU e il menu del bus CAN ha un proprio menu di decodifica CAN facile da usare."

"Anche se l'hardware è costituito da diversi sensori e da diversi dispositivi, l'utente non incontra nessuna difficoltà quando lavora con la GUI del software Dewesoft X DAQ. Sono disponibili i canali temporali che possono essere registrati ma anche utilizzati in canali matematici. Tutti i segnali in Dewesoft sono anche sincronizzati, indipendentemente dal tipo (analogico, digitale, GPS, video)."

"Non avevamo molta esperienza con la tecnologia di misura in quanto, nel team, c'erano principalmente ingegneri meccanici. Essendo plug and play, Dewesoft ci ha semplificato di molto la vita. Prendi gli estensimetri ad esempio: gli schemi elettrici nell'impostazione del canale Dewesoft davano chiare istruzioni su come collegarli."

"Abbiamo scalato gli estensimetri con tiranti sollevando la macchina su quattro bilance e abbiamo utilizzato la calibrazione two-point di Dewesoft: inserire i valori di peso con un'auto vuota, quindi far sedere un guidatore pesante nell'auto e inserire i nuovi valori di peso dalle bilance. Infine, i parametri sono stati salvati in un chip TEDS nel connettore DSUB9 degli ingressi dell'estensimetro che autoconfigurava qualsiasi canale a cui il sensore veniva collegato."

Formula student racing

"Il Dewesoft X Math module è stato particolarmente utile per l'analisi del comportamento dell'auto. Per osservare l'accelerazione laterale angolare, i canali di accelerazione dovevano essere filtrati passa-basso a circa 5 Hz. I valori di spostamento dell'ammortizzatore sono stati utilizzati nelle equazioni per il calcolo del beccheggio e del rollio. I dati video e GPS sono stati estremamente utili nella post-elaborazione per fare riferimento alla posizione in pista. Il plugin Polygon è stato utilizzato anche per la visualizzazione della pista e dell'auto."

"Lo scopo dell'acquisizione dei dati era comprendere il comportamento dell'auto e migliorarne le caratteristiche. Abbiamo potuto vedere i picchi delle accelerazioni e i carichi sulle ruote che si riscontravano in pista e confrontarli con i valori simulati per convalidare il nostro design e migliorare il design dell'auto dell'anno successivo."

Formula Student - UNI Maribor Grand Prix Engineering (GPE) - Cars
  2011 2012 2013
Competitions ·  FS Germany 2011
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·  FS Austria 2012
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·  FS Germany 2013
·  FS Austria 2013
Mass 242 kg 211 kg 178 kg
Max power 60 kW 62 kW 35 kW
Frame Aluminum tube chassis Aluminum tube chassis Aluminum tube chassis
Engine Honda CBR 600 RR PC40 Honda CBR 600 RR PC40 KTM 450 SX-F
Gearbox Sequential with 100ms of gear shift timing Sequential with 100ms of gear shift timing Sequential with 75ms of gear shift timing
Wheels Keizer OZ racing 13″ OZ racing 13″
Acceleration 0-100km/h: 3,5 s 0-100km/h: 3,4 s 0-100km/h: 3,7 s

Problema – Sollevamento delle ruote dal terreno

"Un particolare problema, presentatosi nei primi test dell'auto GPE12, è stato risolto utilizzando i dati sperimentali: la macchina, improvvisamente, ha sollevato entrambe le ruote da terra in una delle curve e solo una rapida reazione da parte del conducente le ha impedito di ribaltarsi. Non riuscivamo proprio a capire quel fenomeno, in quanto, la combinazione di carreggiata (1200 mm) e altezza del baricentro (270 mm) produceva un'accelerazione laterale massima di 2,2 g che avrebbe dovuto consentire alle ruote di restare ben aderenti all'asfalto.".

"I dati registrati in Dewesoft, ottenuti sull'asfalto con molto grip che abbiamo usato come pista di prova, hanno mostrato valori di picco di accelerazione laterale di 1,7-1,8 g. In teoria quella non dovrebbe essere una forza sufficiente per far sollevare le ruote interne da terra. Quindi, cos'era successo in quella particolare occasione? I dati hanno anche mostrato che l'accelerazione laterale di picco in quell'occasione non era superiore a quella dei giri precedenti."

"Visto che il carico non era aumentato, l'incremento dell'angolo di rollio poteva essere causato solo da una minore rigidità del rollio o dallo smorzamento del rollio. Abbiamo esaminato le barre antirollio e abbiamo scoperto che nei cuscinetti si era venuto a creare molto gioco. Le barre antirollio non offrivano praticamente alcuna resistenza al tiro a causa del gioco presente. Tutto questo ha causato lo slancio del telaio all'inizio dell'accelerazione che ha rovesciato l'auto."

"Il calcolo dell'accelerazione laterale massima di 2,2 g si basava su un presupposto quasi statico e non ha tenuto conto dell'inerzia del rollio del telaio ed  in particolare di quello delle barre antirollio difettose! Il sistema di misura Dewesoft ci ha aiutato ad individuare il problema e ci ha messo in condizione di risolverlo lo stesso giorno in cui si è verificato."

 File dati Dewesoft X acquisito con i dispositivi di acquisizione dati Dewesoft durante i test della macchina da corsa per studenti formula.

Assunti da Dewesoft – La GPE Gang

L'esperienza maturata lavorando con hardware e software Dewesoft, e con il Team Dewesoft tutto, ha convinto molti membri del team UNI MB GPE, appena finiti gli studi, a mettere le loro forze a disposizione della Dewesoft. Ora c'è una vera e propria »GPE Gang« di cinque all'intero dell'azienda.

Bojan Čontala è stato il primo membro ad unirsi a Dewesoft subito dopo aver smesso i panni di capitano della squadra GPE nel 2013. Essendo un ingegnere meccatronico è stato il responsabile di DAQ ed elettronica e ha lavorato con il sistema Dewesoft nel 2012 prima di assumere il ruolo di capitano della squadra. Da capitano, ha guidato, da solo, per 26 ore, il furgone della squadra da Maribor a Silverstone, nel Regno Unito, per portare il veicolo ad una delle tante gare. Oggi "guida" il reparto vendite Europa in Dewesoft, operando come responsabile vendite regionale per il vecchio continente.

Due anni dopo altri tre membri dell'ex-GPE sono uniti a Dewesoft: Luka Jerman, Aleksander Klemenčič, ed io. Luka ha ricoperto molti ruoli tecnici importanti nel team GPE fin dall'inizio nel 2011, lavorando nella simulazione e nella progettazione dei compositi (2012), quindi nella simulazione della dinamica dei veicoli e nella progettazione delle sospensioni (2013) e infine come direttore tecnico (2014). Oggi Luka è uno sviluppatore di software per applicazioni automobilistiche in Dewesoft.

The Dewesoft GPE Gang - from left to right: Luka Jerman, Primož Gorenšek, Dino Florjančič, Aleksander Klemenčič (in the car), and Bojan Čontala. La "Gang" GPE in Dewesoft - da sinistra a destra: Luka Jerman, Primož Gorenšek, Dino Florjančič, Aleksander Klemenčič (nell'abitacolo), e Bojan Čontala.

Alex era un tuttofare ed un mestro in molti campi già allora. Ha lavorato sul meccanismo del cambio sequenziale, sull'elettronica, sulla messa a punto del motore e sull'alluminio saldato da 0,5 mm quando necessario. Nel 2012 abbiamo avuto un grande evento-lancio nel centro di Maribor con la presenza del ministro della Pubblica Istruzione sloveno. Il motore però, a solo mezz'ora dall'evento, non voleva saperne di accendersi. Quando ormai tutti avevamo perso la speranza,  Alex aprì la centralina MoTeC e saldò un filo sul PCB per risolvere il problema. Oggi ricopre un ruolo chiave come sviluppatore focalizzato su dispositivi DAQ.

Io sono stato il co-fondatore del team GPE nel 2011,  e ne sono stato il capitano per le prime due stagioni. È stata un'esperienza indimenticabile, progettare la macchina, inseguire sponsor, correre in giro per l'Europa contro concorrenti di tutto il mondo. Oggi non è molto diverso nel mio ruolo di amministratore delegato di MonoDAQ.

Poco dopo anche Primož Gorenšek arrivo in Dewesoft. Penso che il progetto GPE sarebbe durato meno di un anno se non fosse stato per Primož. Era l'unico ragazzo del primo anno in grado di lavorare su un motore e la sua elettronica - e, a dire il vero, è riuscito a farlo funzionare molto bene alla fine!. Certo, ne ha anche distrutti alcuni.... puoi ancora trovare valvole e pistoni rotti nell'officina GPE a Maribor. Primož è ora ingegnere d'applicazione per il settore automobilistico e dell'analisi di combustione presso Dewesoft e collabora ancora oggi con Bojan e Luka.

Alcuni pensieri

“Formula Student è la migliore scuola di ingegneria del mondo”,  questo ha detto in un'intervista il fondatore e presidente del gruppo internazionale di consulenza sulla dinamica dei veicoli OptimumG, Claude Rouelle, per poi aggiungere: "Il successo di Formula Student non riguarda solo la progettazione di buone auto, ma anche la progettazione di buone squadre".

Ha pienamente ragione e posso dire con orgoglio che entrambe sono state raggiunte in Slovenia. Il GPE ha sicuramente raggiunto il suo scopo da parte nostra: ha aggiunto l'esperienza pratica alla teoria che ci consente di portare valore aggiunto ad un'azienda di elettronica avanzata che rifornisce l'industria automobilistica in tutto il mondo. Il team di Ingegneria del Gran Premio UNI Maribor sta reclutando nuove leve da marzo 2020!