ECU, czyli elektroniczny moduł sterujący samochodu F1

Dość niepozorny element umiejscowiony wewnątrz samochodu F1 jest jego mózgiem. Mowa tu o ECU, czyli elektronicznym module sterującym, który dowodzi pracą całego samochodu i przetwarza ogromne ilości danych. Każdy zespół korzysta ze standardowego ECU dostarczanego przez McLaren Applied Technologies.

Kto dostarcza ECU do Formuły 1?

W 2007 roku firma McLaren Applied Technologies wygrała przetarg zorganizowany przez FIA na dostarczanie elektronicznych modułów sterujących (ECU) dla wszystkich zespołów Formuły 1. Od sezonu 2008 każdy bolid F1 korzysta z takiego samego ECU. Temu przetargowi w 2007 roku towarzyszyły kontrowersje, bo był on rozstrzygany mniej więcej w tym samym okresie, gdy swoje apogeum miała afera szpiegowska. Pojawiały się głosy sprzeciwiające się temu, aby to McLaren był jednym dostawcą, bo mógłby w ten sposób pozyskiwać informacje na temat innych samochodów. Ostatecznie na kontrowersjach się skończyło. Od tej pory wszystkie zespoły F1 korzystają z ECU produkowane przez McLarena. Standardowe ECU zostało wprowadzone aby obniżyć koszty. Obecność takiej samej jednostki sterującej ułatwia także pracę sędziów FIA w czasie inspekcji samochodów.

McLaren Applied Technologies, to jedna z trzech głównych spółek składających się na całą firmę McLaren. Działa ona niezależnie od zespołu F1 i zajmuje się szeroko rozumianymi nowoczesnymi technologiami we wszystkich dziedzinach życia. Wygranie przetargu na standardowe ECU do F1 sprawiło, że stali się ekspertami w tej dziedzinie na świecie. Obecnie dostarczają swoje produkty do innych czołowych serii wyścigowych: World Endurance Championship, IndyCar, NASCAR i Formuła E. W zeszłym roku wygrali kolejny przetarg związany z F1 i w latach 2018-2020 będą dodatkowo jedynym dostawcą czujników temperatury i ciśnienia hybrydowych silników V6 Turbo. Doświadczenie nabyte podczas produkcji ECU dla sportów motorowych wykorzystują do przygotowywania elektroniki sterującej do zastosowań w medycynie czy transporcie publicznym.

ECU dostarczane przez McLarena do F1 ulega systematycznym zmianom. Chodzi tutaj zarówno o zmiany w fizycznej budowie, jak i oprogramowaniu. Oprogramowanie zmienia się wielokrotnie w ciągu roku, a w informacjach podawanych przez FIA przed danym Grand Prix można sprawdzić który zespół korzysta z jakiej wersji oprogramowania. ECU przeszło największe zmiany przed sezonem 2014, gdy musiało zostać bardzo mocno zmodyfikowane z uwagi na nowe silniki oraz skrzynie biegów.

Spółka McLaren Applied Technologies na swojej stronie internetowej zamieściła krótki artykuł wyjaśniający wiele zagadnień dotyczących ECU (Źródło). Dalsza część tekstu jest oparta w większości na informacjach w nim zawartych. Pokazali także zdjęcie częściowo rozłożonego ECU, które ilustruje ten wpis. To unikalna możliwość zobaczenia tego elementu w takiej formie.

Czym zajmuje się ECU?

ECU, czyli elektroniczny moduł sterujący jest mózgiem samochodu F1. ECU jest małym komputerem, który kontroluje, przetwarza i przesyła ogromne ilości danych z samochodów do zespołów. ECU kontroluje pracę silnika, skrzyni biegów, mechanizmu różnicowego, przepustnicy, sprzęgła, układu odzyskiwania energii (ERS) i układu redukcji oporu aerodynamicznego (DRS). ECU jest główną usługą rejestrowania danych, która za pośrednictwem telemetrii w czasie rzeczywistym dostarcza dane ze wszystkich czujników zamontowanych w samochodzie do garażu zespołu oraz kontroli wyścigu. W każdym samochodzie znajduje się około 300 czujników, które rejestrują ponad 1000 parametrów pracy samochodu, które na bieżąco są przesyłane do garażu danego zespołu. Podczas całego wyścigu w ten sposób do garażu zespołu trafia około 1,5 GB danych z jednego samochodu, na co składa się 750 milionów punktów danych.

Standardowe ECU musi poradzić sobie z obsługą silników różnych producentów, różnych skrzyń biegów, różnych systemów obsługujących telemetrię oraz różnych systemów zarządzania danymi w garażach. Wszystko to jest obsługiwane przez identyczne ECU zarówno pod względem fizycznej budowy, jak i wbudowanego oprogramowania. Samochody F1 są skomplikowane i korzystają z bardzo dużej liczby systemów elektronicznych, dlatego niezbędne jest posiadanie centralnego modułu sterującego, aby mieć to pod kontrolą. Dawniej zespoły same przegotowywały ECU, wykorzystywano również oprogramowanie do zyskania przewagi nad konkurencją. Na większą skalę stało się to istotnym elementem na początku lat 90-tych, gdy pojawiło się aktywne zawieszenie oraz szereg innych elektronicznych systemów.

ECU zwykle jest umieszczone pod jedną z bocznych chłodnic samochodu F1, lub nisko wewnątrz kokpitu kierowcy (poniżej jego nóg). Zespoły otrzymują takie samo ECU wraz ze zdefiniowanym oprogramowaniem. Każdy zespół następnie samodzielnie pisze programy kontrolujące poszczególne elementy samochodu dostosując ECU do swoich wymagań. Budowa jednego kompletnego elementu ECU zajmuje 121 godzin. Jedna jednostka składa się z 7 983 komponentów, które są połączone w 28 620 punktach przez lutowanie. Wszystko to jest zamknięte w wytrzymałej obudowie, a ECU przechodzi rygorystyczne testy wytrzymałościowe. Jak sięgniemy pamięcią, to niezwykle rzadko jest mowa o kłopotach technicznych danego kierowcy spowodowanymi działaniem ECU. Gdy mowa o problemach z elektroniką, to niemal zawsze chodzi o programy przygotowywane przez zespoły lub producentów silników.

P.S. Jednym z sześciu elementów obecnej jednostki napędowej w F1, która podlega limitom podczas sezonu jest „control electronics (CE)”, czyli elektronika sterująca. Jest to element osobny do opisywanego w powyższym tekście ECU. Oczywiście oba te elementy ze sobą współpracują, ale to ECU jest głównym modułem sterującym wszystkimi systemami samochodu.