Telemetría Avanzada 

La moto mática

21.01.2012 | 18:00

Hoy, en la era digital, la electrónica nos permite aprovechar informaciones complejas, y no sólo saber el ángulo de inclinación, incluso descubrir si el piloto está cansado. Hemos probado en circuito una centralita que nos explica todo cuanto sucede en la pista, desde la temperatura de los neumáticos a cómo se utilizan el gas, los frenos y el cambio.

Hasta hace pocos años en las motos sólo se utilizaban algunos impulsos eléctricos básicos que servían para hacer funcionar el encendido, las luces y poco más.

Después llegó la electrónica, que primero enriqueció la funcionalidad del encendido gestionando de forma más o menos compleja el avance y, más recientemente, el limitador. Luego la inyección, controlada por la correspondiente centralita digital.

Un último paso en la gestión de la funcionalidad de la moto fue la llegada del ABS, sistema electromecánico que trabaja con los datos suministrados por las ruedas fónicas, los primeros sensores ajenos al motor aplicados a la moto. Pero el verdadero cambio ha llegado con la era de la comunicación digital.
La moto es una red de computadores
 
El real y verdadero salto generacional en asunto de señales que circulan en una moto se ha cumplido con la introducción de la red CAN (Controller Area Network), un sistema de comunicación digital que enlaza las centralitas distribuidas por el vehículo, unidades inteligentes que gestionan el motor, el tablero de instrumentación, el equipo de frenos...
 
Las ventajas de este sistema son numerosas: ante todo, la red es mucho más simple (en la moto ya no se debe tirar un cable específico para cada señal, sino que todos viajan por el mismo conducto); como segunda virtud, se habilita mucha más información, hoy disponible por que es más fácil comunicar un sensor con la red central.
 
Todos estos datos están gestionados por programas memorizados en la centralita principal.
 
Las primeras versiones de este software se limitaban a coordinar el flujo de las informaciones y a señalar algunos órganos averiados (cuya descripción depende de la riqueza de la señal enviada desde el mismo órgano).
 
Después, las funciones se han vuelto cada vez más articuladas creciendo a la par que la mole de datos disponibles en la red.
 
Los sistemas de diagnosis más recientes están en grado de identificar con gran precisión las eventuales deficiencias del vehículo, del motor y de los órganos monitorizados, indicando el detalle de la avería y describiendo incluso el tipo de problema.
 
En estos últimos años, dichos problemas han dado un ulterior paso adelante y hoy son utilizados para varias funciones, incluso las muy avanzadas.
 
Una de las más interesantes contempla el diagnóstico del comportamiento de conducción.
 
Es importante advertir -y de entrada también difícil de creer- que este importante objetivo se puede capturar elaborando los datos suministrados por los sensores «técnicos», es decir los que transmiten las informaciones de la situación de la mariposa, de los frenos, del cambio...
 
Por ejemplo, monitorizando el uso en el tiempo de estos órganos se puede determinar el cansancio del conductor. ¿Es posible? Sí.
La SATE de la prueba no parece tener límites de aplicaciones en el mundo del motor.
Sensores reales, sensores virtuales
 
Antes de desvelar cómo se puede resolver este problema, introducimos los conceptos de sensor real y de sensor virtual.
 
El sensor real es el que está físicamente instalado en la moto, por ejemplo la rueda fónica del ABS. Sin embargo, el sensor virtual está constituido por un cálculo matemático, o sea, que es una parte de códigos que extrapola para elaborar otros correlacionados con ellos.
 
Un ejemplo simple es el consumo de carburante que no se mide directamente, sino que se obtiene valorando el tiempo de apertura de las boquillas de inyección.
 
Otro ejemplo de sensores virtuales, de los que hoy se habla con mayor frecuencia, se refiere a la medición del ángulo de inclinación, obtenido trabajando con los datos de los acelerómetros existentes en la plataforma inercial (hoy, en las motos de serie sólo lo tienen la Aprilia APRC y la BMW S 1000 RR). Veamos cómo funciona el sensor virtual de fatiga.


Dime cómo frenas y te diré cómo estás
 
Volvamos sobre nuestro problema de conductor cansado. Monitorizando el uso en el tiempo de los mandos antes citados -acelerador, frenos, cambio, dirección (en los coches)-, se logra determinar el cansancio del conductor valorando cuánto las curvas relativas se apartan de la norma (intensidad en función del tiempo).
 
Esto se puede hacer porque cuando se está cansado se tiende a reaccionar con demora accionando los mandos de forma brusca e irregular, por ejemplo en la frenada y en la entrada de curva.
 
A veces se trata de minucias difíciles de apreciar sobre el papel, pero que no se escapan a un complejo modelo matemático.
 
Este sistema se puede integrar con una señal GPS que suministra la posición exacta sobre la pista que se está recorriendo, añadiendo un dato más para mejorar la precisión del cálculo ya que el sistema configurado conoce las curvas y puede valorar las trayectorias.
En el circuito con la inteligencia artificial
 
Llegados a este punto está claro que los límites de estos sistemas son muy vagos y dependen del número de sensores, de su sofisticación y de la capacidad de escribir códigos complejos.
 
Por ejemplo, hoy en día la SATE (Systems & Advanced Technologies Engineering) está trabajando en una importante aplicación que tiene el objetivo de reconocer los síntomas de la diabetes en el comportamiento de conducción, resultado al que se accede elaborando las señales ya presentes en el vehículo (trabajando de igual modo que para la fatiga) y ampliando también el sistema sensorial con la instalación de un electrocardiógrafo wireless.
 
Este proyecto ha nacido en el sector automovilístico tras un acuerdo a nivel europeo en el que colaboran empresas muy importantes.
 
Se trata de un sistema muy complejo y articulado del que hoy ya vemos una aplicación para circuito de un subconjunto de sus numerosas funciones.
 
El nódulo de la aplicación que hemos probado en el circuito de Monza es la integración del GPS en la red CAN de la BMW S 1000 RR.
 
Se ha elegido esta moto porque está dotada de una electrónica muy evolucionada que aporta una notable cantidad de datos.
 
Con estas informaciones, y con el GPS añadido, el sistema SATE registra el estilo de conducción y también la temperatura de los neumáticos (lado derecho, lado izquierdo y zona central) punto por punto a lo largo de todo el circuito.

El hardware y el software.
 
Un sensor real que lee la velocidad de rotación de la rueda.
 
En la moto hay un número limitado de sensores, el grueso de la información procede de las elaboraciones del software incluido en la centralita.


La conducción y las matemáticas
  
En los gráficos adjuntos no sólo vemos cómo evolucionan en el tiempo los distintos parámetros (el régimen del motor, la velocidad, la aceleración, la posición del acelerador...), sino que también podemos identificar en qué punto de la pista ha sucedido eso.
 
Por ejemplo, se puede saber dónde se ha cerrado el gas, dónde se ha empezado a inclinar y dónde se ha alcanzado el máximo ángulo de inclinación.
 
Hasta aquí no hay novedades respecto a un sistema de toma de datos profesional: parte de estas informaciones las suministra el equipo sensorial de a bordo, otras son calculadas, y luego todas son memorizadas combinándolas con el punto del GPS.
 
Esto es un caramelo introducido por el sistema SATE que nos permite entender la potencialidad del cálculo aplicado a la electrónica: un módulo software implementa el sensor virtual que calcula la temperatura de los neumáticos.
 
Esta valoración la ejecuta explotando los datos que viajan por la CAN de la BMW S 1000 RR de serie, sin utilizar los clásicos sensores por infrarrojos que son caros y poco fiables (y se ensucian fácilmente perdiendo eficacia).
 
No hace falta especificar cuán importante resulta este dato: puede ser utilizado en el box para mejorar las características de la moto y además permite al piloto ahorrarse malas experiencias.
 
Basta con dos LED, a derecha e izquierda, bien visibles en el panel de instrumentación: luz roja, goma fría, cuidado al inclinar; luz verde, goma en temperatura, vía libre. Veamos como funciona este sensor virtual.
 
En el transcurso de los años la complejidad de las señales eléctricas que viajan por la moto ha subido de modo exponencial.
 
Inicialmente sólo había el impulso para hacer saltar la chispa de la bujía, después se añadieron los faros, el avisador acústico, el nivel de carburante...
 
Con la llegada del encendido con avance variable aparecieron los primeros sensores en el acelerador y la complejidad electrónica se ha visto aumentada con la introducción de la inyección electrónica (1982 Kawasaki GPZ 1100) y del ABS (1988 BMW K 100).
 
Pero el verdadero salto generacional llegó con la Ducati 999, la primera moto en utilizar la red digital CAN (Controlled Area Network)


Quentin (1905)

Quentin (1905)



Kawasaki GPZ 1100 (1982)

Kawasaki GPZ 1100 (1982)



Ducati 999 (2002)

Ducati 999 (2002)

 

La empresa
 
La SATE (Systems & Advanced Tecnologies Engineering) es una sociedad de investigación en el campo de la ingeniería mecánica con especialización en la simulación de los sistemas con uso de software para centralitas de a bordo, tanto en el campo motociclista como en el automovilístico.
 
Las funciones del software que presentamos en este artículo pertenecen a un amplio proyecto nacido en el ámbito automovilístico por un acuerdo europeo.
 

¿Cuánto se calientan los neumáticos?
 
Los datos utilizados de la función temperatura de los neumáticos son la velocidad de las ruedas, las aceleraciones longitudinales y laterales, la inclinación de la moto y la temperatura externa del aire.
 
Todas estas informaciones están suministradas por la electrónica de la moto de serie; de hecho son utilizadas por el ABS, el DTC (Dynamic Traction Control) y por el sistema de inyección. Así pues, se obtienen todas «gratis».
 

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