Hoy os traemos una completa guía de iniciación a la adquisición de de datos, escrita por Aitor Arana

Delarosa

Muchas veces los hemos visto en los test y carreras, con su portátil apoyado encima del coche y descifrando una especie de jeroglíficos, ¿Qué hacen esos señores?

Primero me voy a presentar. Mi nombre es Aitor, soy ingeniero y desde hace unos años tengo la suerte de vivir el mundo de la competición, especialmente la telemetría, en primera persona, y digo vivir porque para mi, como apasionado de los coches, esto no es un trabajo.

Todos los aficionados a este mundillo tenemos esa inquietud por saber más, por aprender y si es posible, poder aplicarlo a nuestros coches, aunque por alguna razón, la telemetría/adquisición de datos siempre ha dado cierto respeto, pero hoy intentaré arrojar un poco de luz a este asunto, para poder entenderlo a nivel de usuario.

En primer lugar es importante saber que a lo que generalmente llamamos telemetría, realmente no es telemetría. Me explico, en términos ingenieriles (¡intentaré que esta sea la única definición aburrida!), la telemetría sería la medición remota de magnitudes físicas y posterior envío de información al operador, es decir, a tiempo real. Esto está prohibido en la mayoría de las competiciones, por lo que a lo que nosotros nos referimos es a la adquisición de datos (AD).

Para entenderlo más fácilmente, lo que generalmente hace ese señor que descifra esos jeroglíficos es conectarse al coche al llegar a box o asistencia, y descargar de la centralita o datalogger todas las mediciones de los sensores del coche durante el tiempo en pista, e interpretarlos.

 

Por suerte para algunos o por desgracia para otros, los coches actuales son ordenadores, y la AD es un radiografía fundamental para saber cómo funciona el coche y como conduce el piloto, para conocer por qué en esta vuelta hemos hecho un buen tiempo y porque esta otra ha sido un completo desastre, y por lo general no miente (aunque muchos pilotos nos lo quieran hacer creer para no reconocer sus fallos, ¿eh pilotos?).

Cuantos más sensores más información, pero nosotros -como usuarios/pilotos amateur o aficionados- no necesitamos llenar nuestro coche de cables y sensores sino que podemos estudiar nuestra conducción de una manera mucho más sencilla. Podemos contentarnos con una aplicación en nuestro móvil, o meternos de lleno y montar un buen berenjenal, ¡a gusto de cada uno!

A continuación vamos a desglosar un poquito (sin entrar en profundidad ni mencionar los infinitos tipos de sensores existentes para que no se haga muy árido el tema) lo que sería una adquisición de datos curiosa y por último, como podríamos implementarlo en nuestro coche de trackdays.

Esquema de montaje

He querido poner esta imagen porque aunque parezca hecha por un niño pequeño, creo que se entiende fácilmente. Este esquema de montaje de ECU + Adquisición de datos es muy utilizado. No siempre son así, pero nos sirve.

Para que nadie se pierda entre términos técnicos…

– La ECU es la centralita integrada en el coche (Unidad de control del motor) y controla los parámetros del motor.

– El Dash o dashboard es la pantalla donde se muestra toda la información (usualmente montado encima del volante).

– La unidad de adquisición de datos o datalogger es el aparato que recoge la información de los sensores que hemos instalado, y si la conectamos a la ECU, también nos proporciona los parámetros del motor. Puede ser una unidad independiente (como en el esquema) o puede estar integrada en el dashboard. Hay varias opciones en cuanto a montaje dependiendo de los componentes que utilicemos, pero nosotros seguiremos este esquema para que sea más fácil de entender.

 

Por un lado, tenemos los sensores del motor que están conectados a la ECU -parte izquierda del esquema-. Todos ellos son necesarios para el correcto funcionamiento del motor, ya sea para conocer la presión de aceite, temperatura de aceite/refrigerante, posición del acelerador, valores lambda… Creo que estos son bastante conocidos por todos vosotros, así que me centrare más en los que nos dan información de la parte dinámica del coche (si tenéis alguna duda sobre ellos no dudéis en preguntar).

Aquí tenemos un ejemplo, ésta sería la información que nos proporcionaría la centralita Bosch MS4 de un Porsche GT3 Cup:

Por otro lado, tenemos nuestra unidad de adquisición de datos (datalogger). A ella conectaremos los sensores de “chasis” –parte derecha del diagrama-. Generalmente algunos de estos no vendrán instalados en nuestros vehículos, a no ser que sea un modelo muy deportivo o de competición, por lo que tendremos que instalarlos nosotros. Estos sensores nos serán de gran ayuda para estudiar el comportamiento del coche, la conducción del piloto o incluso para verificar y mejorar nuestro set-up.

Además de ello, con objeto de tener más información del vehículo, podremos conectar nuestro datalogger a la centralita del vehículo, y de esa forma también contaremos con la información de los sensores del motor.

Por último, conectaremos el datalogger a un dash (pantalla) para poder mostrar toda la información al piloto.

SENSORES

Los sensores convierten una magnitud física en una señal eléctrica. Como he comentado, existen muchísimos tipos de sensores para diferentes tipos de aplicaciones, por lo que haré un breve repaso a algunos de los más interesantes en el aspecto dinámico del coche. 

 Sensor de desplazamiento lineal

También llamado LVDT, es utilizado para medir desplazamientos lineales.  Se alimentan con un voltaje y el sensor nos dará a la salida del mismo una tensión (voltaje) correspondiente al desplazamiento. Un ejemplo podría ser 0v cuando no tengamos movimiento, y 5v cuando éste sea máximo.

Ese cilindro azul finito paralelo al amortiguador es el sensor

Sensor de volante

Este sensor nos da la posición del volante, el ángulo de giro. Tiene un funcionamiento similar al sensor anterior, pero en este caso en función del ángulo de giro obtendremos la tensión equivalente. Hay de muchos tipos, uno de los más simples y conocidos es una ruedita que se coloca debajo del volante, unida a éste mediante una correa.

Sensor de volante instalado en un Clio V6 Trophy

Módulo GPS

El GPS es por conocido por todos, técnicamente no es un sensor al uso, pero es fundamental porque nos trazara el contorno del circuito, nos dará desplazamientos laterales y longitudinales, y nos permitirá conocer nuestros tiempos por vuelta sin necesidad de un receptor en el muro.

Módulo GPS

 Sensor de velocidad de rueda

Existen muchos tipos de sensores de velocidad, pero explicando de manera sencilla uno de los tipos, son captadores que notan la ausencia o presencia de material en una rueda dentada, llamada rueda fónica, que gira solidaria a la rueda del vehículo. El sensor lee los huecos o masa varias veces por unidad de tiempo y el datalogger o centralita lo transforma en Km/h.

En general los vehículos vienen equipados ya con este tipo de sensores.

Sensor de velocidad rueda en un Formula Student

 TPS (Throttle Position Sensor)

El sensor de posición del acelerador o también llamado TPS se coloca en el cuerpo de la mariposa y convierte el ángulo de la mariposa en una señal eléctrica de entre 0v y 5v. Es un sensor fundamental tanto para el funcionamiento del motor como para el análisis y estudio del comportamiento del coche y de la conducción del piloto.

 

Sensor presión freno

Es un sensor muy importante y se coloca en el circuito de frenos. Generalmente, los pilotos amateur o principiantes no sabemos frenar (¡frenar no es simplemente darle un zapatazo al pedal!) y nos ayudará a saber si lo hacemos de forma correcta. Se pierde gran cantidad de tiempo por frenar de forma incorrecta, y personalmente considero que es un sensor fundamental.

Vale, tenemos todo instalado, salimos a rodar y al llegar a box enchufamos nuestro portátil, pero… ¿Y qué hago ahora? ¿Cómo se interpreta toda esta información que me proporciona el coche?

Primero necesitamos el software para analizar los datos. En función de la marca de datalogger que hayamos utilizado, necesitaremos un programa u otro. Si hemos instalado uno de AIM necesitaremos el software Race Studio, si tenemos Magneti Marelli necesitamos el Wintax…

El programa Race Studio por ejemplo se puede descargar de forma gratuita y tiene algunos ejemplos para ir aprendiendo.

 Interpretando los datos

Bueno, aquí viene lo divertido (y complicado), interpretar todos esos valores. En primer lugar debo decir que no hay ningún método mágico para aprender esto, conociendo la dinámica de los vehículos, toca echarle horas…

Yo voy a intentar dar unas pinceladas, unos ejemplos sencillos, para hacer que os pique el gusanillo.

El número de canales que tengamos en el software será en función del número de sensores. Podríamos decir que cuantos más mejor, más información, ya que dependiendo de lo que queramos analizar podemos activar o desactivar dichos canales, por lo que no molestan.

Vamos a echar un ojo a una graficas de un Clio V6 Trophy, pilotado por Rubén Martínez, del equipo Evolución Racing, con gran experiencia en adquisición de datos:

Bloqueo en frenada

• Morado: Aceleración lateral.
• Rojo: Velocidad rueda trasera izquierda.
• Azul: Velocidad de la rueda trasera derecha.

Circuito de Navarra, primera curva a derechas después de recta, en apoyo. Nos centramos en el punto que indica la barra blanca vertical. Tenemos aceleración lateral por lo que la trayectoria del coche no es completamente recta. El vehículo comienza a frenar (la gráfica de velocidad de las ruedas es decreciente) y mientras la rueda izquierda disminuye su velocidad de forma lineal (rojo), la rueda derecha (la del interior) tiene picos más acusados de desaceleración, es decir, está bloqueando.

Pérdida de tracción

• Gráfica superior: Velocidad de las ruedas.
• Gráfica del medio: (verde) Revoluciones por minuto.
• Gráfica inferior (morada): TPS, acelerador.

Pau-Arnos, salida de la horquilla. Vemos como el piloto acelera con contundencia (grafica inferior) y la velocidad de las ruedas hace unos picos (grafica superior), que son síntoma de perdida de tracción, no está aumentando linealmente. Ante esta pérdida el piloto afloja el acelerador (morado)  para recuperar tracción y vuelve a acelerar. Aun así, volvemos a ver que hay ciertas pérdidas, aunque son puntuales, y las ruedas vuelven a tener una aceleración lineal.

Además de esto, en este caso en concreto, podemos ver como la gráfica de RPM varía mucho, y esto es debido a los pianos de esa curva del circuito, que también ocasionan esa pérdida de tracción.

 

Sobreviraje

• Gráfica superior (roja): Velocidad.
• Gráfica del medio: Aceleración lateral (morado) y ángulo de volante (amarillo).
• Gráfica inferior: Acelerador.

Jarama, curva Farina.  En la entrada de la curva vemos como se produce un aumento de la aceleración lateral (gráfica del medio-morado). Se produce un sobreviraje, el piloto contra volantea, como vemos en la gráfica del volante (gráfica amarilla decrece), y va jugando con el acelerador (gráfica inferior) a medida que va enderezando el volante y retornándolo a la posición para afrontar la curva. Recordemos que se trata de un coche tracción trasera bastante sobrevirador.

 

Subviraje

• Gráfica superior (roja): Velocidad.
• Gráfica del medio: Aceleración lateral (morado) y ángulo de volante (amarillo).
• Gráfica inferior: Acelerador.

Circuito de Navarra, curva 13. Como vemos, en plena curva hay un aumento del ángulo del volante (amarillo), esto es debido a que se produce subviraje, por tanto el piloto gira menos hacia el interior de la curva, abriendo un poco la trayectoria, recuperando de esa forma la tracción. El acelerador (gráfica inferior) nos confirma esto, ya que el piloto no acelera hasta recuperar la tracción.

 

Caso curioso

Para finalizar este apartado, me gustaría poner un caso curioso. Las siguientes imágenes son las telemetrías de Fernando Alonso y Nelson Piquet Jr. en Singapur en 2008. Sé que fue un tema de mucha controversia pero yo solo quiero analizar muy brevemente las gráficas ya que me parecen interesantes:

Grafica de Alonso. La línea roja seria el acelerador y la más oscura la velocidad de las ruedas traseras. Vemos como en la salida de la curva Alonso acelera de forma “generosa” hasta que las ruedas traseras comienzan a patinar –Se observa en la gráfica oscura como hay un pico en esa línea  y previamente muchas subidas y bajadas  muy pequeñitas-. En ese momento afloja el acelerador para volver a tener tracción.

Grafica de Piquet. En este caso Piquet acelera de una forma mucho más contundente y las ruedas traseras empiezan a patinar –Se puede observar en la línea oscura todas esas subidas y bajadas, no es lineal la aceleración-. Aun así, el piloto lejos de aflojar el acelerador sigue pisándolo fuertemente, haciendo patinar aún más las ruedas traseras. Como sabemos (y podemos ver en la gráfica) esto acabo en accidente.

 Aplicación

Ha llegado el apartado que todos esperabais con impaciencia, ¿Cómo aplico yo esto a mi coche sin dejarme un dineral y sin volverme loco?

Instalación de un sistema de adquisición de datos en un Seat Leon Supercopa mk1

Pues por suerte tenemos formas de implementar esto para casi todos los bolsillos. La forma más simple seria utilizando un Smartphone y una aplicación. Existen diferentes aplicaciones, entre las que conozco podría destacar Motorlap, Racechrono, Harry´s Laptimer…  Son aplicaciones muy interesantes que pueden servirnos perfectamente, obviamente no tienen tantas opciones como los software específicos, pero para algo ocasional cumplen muy bien.

Aplicación para Smartphone “Motorlap”

Pero hay un inconveniente, el GPS. Los Smartphone tienen antenas de GPS pero operan a bajas frecuencias, por ejemplo 1Hz. Esto quiere decir que hace una lectura cada segundo, y en una curva en un segundo pasan muchas cosas. Con otra antena se puede solucionar esto, si tu móvil lo permite (por ejemplo en los Iphone es algo más complicado).

A partir de ahí, podemos llegar hasta donde queremos, precios de 4 dígitos y más, y sistemas muy eficaces a la par que complejos

Esto está muy bien, pero ¿No hay algo intermedio entre el Smartphone y un sistema de adquisición de datos fijo y costoso?

Si, por supuesto que lo hay. Yo solo puedo recomendar uno que es el que utilizo (los demás no los he probado) y me encanta y que además se puede comprar entre varios porque es de quita y pon. El aparato al que me refiero es el AIM SOLO DL.

Es una especie “Tom Tom”, tiene batería y se pone con una ventosa al cristal. Tiene los circuitos guardados en la memoria y GPS interno, por lo que nos va marcando los tiempos por vuelta y después podemos descargarnos al ordenador los datos (tiempos, mapa del circuito, aceleración longitudinal y lateral…) en formato Race Studio.

Además de ello, tiene conexión para la mayoría de centralitas de coches modernos y de carreras -CAN y OBD-. Como ejemplo, con ese aparatito podríamos ir a todo un Porsche GT3 Cup, y siguiendo el manual de conexión de la página de AIM, podríamos tener todos los datos de los sensores de la tabla de arriba.

Datalogger con display de marcha y módulo gps en el salpicadero de un Clio V6 Trophy

 Ahora queda en vuestra mano elegir la opción que me mejor se adecue a vuestro caso e ir echando horas y aprendiendo poquito a poco, y de verdad os animo a hacerlo, porque es algo interesante y bonito.

La adquisición de datos es algo muchísimo más amplio que los que os que contado yo hoy aquí, y de hecho a alguno igual le ha sabido a poco, pero he querido empezar desde lo básico, ¡para que cada uno de vosotros ponga el techo donde quiera!

Por último, me gustaría agradecer a Miguel de Evolución Racing la ayuda prestada. Un profesional en la adquisición de datos.