GéGémag._{^Formula One}l'Univers de la Formule1 

 

 

L'électronique en Formule 1

Les divers systèmes

L’électronique est un secteur très prisé des ingénieurs. Le contrôle des systèmes embarqués, la télémesure, l’acquisition de données, la performance, la fiabilité. Les puces savantes sont présentes partout dans une F1.

Vincent Gaillardot responsable du département électronique et électricité de l'écurie Renault explique :

"Près de 32 personnes oeuvrent à Viry-Châtillon dans le département électronique : de leurs cogitations naît le 'cerveau' du moteur, le boîtier et les programmes sans lesquels la monoplace ne pourrait même pas démarrer. "Nos activités se divisent en deux grandes parties.", explique Vincent Gaillardot", "D’un côté, nous travaillons sur le ‘hardware’, c'est-à-dire principalement sur le boîtier électronique de la voiture. De l’autre, nous mettons au point le ‘software’, c'est-à-dire les programmes qui permettent d’exploiter ce matériel." "Le département électronique de Viry assure 10% de l’activité de l’usine."

Détails des deux points dans l'électronique sur une F1 : le hardware et le software

Le "hardware"

La priorité de ces dernières années a été donnée à l'interaction entre le châssis et le moteur ainsi le hardware ne se limite pas au boîtier électronique mais aussi aux régulateurs de tension électrique, les émetteurs de télémétrie, les capteurs de mesure de vitesse moteur, le faisceau électrique, les bobines d’allumage et les injecteurs. Le système électronique de la monoplace permet la symbiose de tout ces éléments.

Un ordinateur personnel de type PC compte généralement 1 processeur or celui d’un boîtier électronique de F1 en comporte près de 15 ! Au final, la puissance totale est estimée à environ 2000 Mips (million d’instructions par seconde).

Le "software"

Capture d'écran d'un logiciel conçu pour la gestion manuelle de différents fluides au sein d'une Formule 1
Le software est développé en permanence par toute écurie de Formule 1. Ces logiciels sont développés selon un cahier des charges très précis. Ils sont le fruit d’un développement continuel, une écurie peut faire évoluer ces logiciels pendant toutes les courses de la saison. Ces développements concernent le contrôle moteur, le pilotage de l’Système de dosage du carburant dans les tubulures d\'admission par le biais d\'injecteurs, souvent électroniques. Aujourd\'hui en F1 et notamment le système Honda fonctionne comme suit :

L\'injection de carburant programmée (PGM-FI) livre le carburant à haute pression de 50 lb/po² aux injecteurs montés dans des corps de dimensions adaptées. L\'essence est projetée par les injecteurs via des orifices percés au laser, assurant une excellente atomisation du carburant, pour une efficacité de combustion et une puissance maximale.

Le système avancé d\'injection de carburant (PGM-FI) dispose d\'un capteur de position des papillons et d\'une cartographie d\'injection sophistiquée pour produire une réponse douce et linéaire correspondant précisément aux moindres sollicitations de l\'accélérateur.

L\'unité de contrôle électronique 16-bit dessine simultanément deux cartes digitales 3-D d\'injection pour chaque cylindre ainsi qu\'une carte 3-D d\'allumage par paire de cylindres, créant un mélange air/essence et une synchronisation d\'allumage impeccables

', CAPTION, 'injection',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">injection, de l’allumage, et de toute série d'autres paramètres propres au moteur.
 
Le "Le fly-by wire est l\'accélérateur électronique d\'une monoplace de Formule 1. La pédale ne commande plus directement l\'accélération du moteur, il s\'agit d\'un logiciel qui analyse la position de la pédale par rapport au régime moteur et à la boîte de vitesses! Le câble de commande qui relie la pédale au moteur n\'existe plus.', CAPTION, 'Fly-By Wire',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">Fly-By Wire"

Le fly-by wire est l'accélérateur (électronique) d'une monoplace de Formule 1. En effet, la pédale ne commande plus directement l'Variation de la vitesse dans un intervalle de temps donné. L\'unité de mesure du système international est le m/s²

L\'accélération d\'un mobile est le taux de variation de sa vitesse. En d\'autres mots, son accélération est le rapport entre une variation de sa vitesse (dv) et la durée durant laquelle cette variation de la vitesse se produit (dt).

', CAPTION, 'accélération',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">accélération du moteur, il s'agit d'un logiciel qui analyse la position de la pédale par rapport au régime moteur et à la boîte de vitesses! Le câble de commande qui relie la pédale au moteur n'existe plus.

 

Différents éléments électroniques

 

Caméras en F1

Écrit par Thierry.B pour F1France

 "Tout au long du week-end de Grand Prix, chaque voiture doit être équipée de deux caméras embarquées. Les caméras sont utilisées pour effectuer des retransmissions télévisées depuis la voiture.

Les voitures doivent avoir en tout six possibilités de fixation pour les caméras. L'une d'elles sera toujours située sur la prise d'air, juste derrière la tête du Pilote. La position de la seconde caméra sera déterminée par la Fédération Internationale de l’Automobile', CAPTION, 'FIA',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">FIA, en accord avec le Responsable d'écurie et du Pilote

Toutes les voitures doivent également être équipées d'un émetteur installé par le fabriquant de chronomètre. Ces antennes permettront d'enregistrer l'intégralité des temps, tour par tour, réalisés par chacune des voitures, et tout au long du week-end."

Voici deux modes différents d'insertion de caméras : A gauche caméra sur la prise d'air, à droite caméra installée sur la partie latérale de la coque.

Idem mais vue de dessus.

Détail du Règlement de la FIA. Point concernant les caméras embarquées.

Publié avec l'autorisation de la Fédération Internationale de l'Automobile :
20.1 - Présence des caméras et des logements des caméras. Toutes les voitures devront être pourvues, soit de 2 caméras, de 2 logements pour les caméras, ou de l'un de chaque en permanence, tout au long du week-end.
20.2 - Localisation des boîtiers pour caméras : Les boîtiers, quand ils sont utilisés, doivent se trouver aux mêmes emplacements que les caméras. Détails concernant la taille et le poids des boîtiers de caméras peuvent être consultés à l'appendice de ce règlement. 
20.3. - Emplacements et installations concernant l'équipement de caméras :
20.3.1. - Toutes les voitures doivent présenter 6 endroits de fixations qui peuvent recevoir soit des boîtiers, soit des caméras. En se référant au schéma 6, toutes les voitures doivent être équipées d'un boîtier ou d'une caméra en position 4, l'emplacement pour les autres boîtiers et caméras restantes sera déterminé par la FIA qui consultera le En compétition automobile le concurrent est le proriétaire de la voiture ou du team. C\'est lui qui engage la voiture pour participer aux épreuves.

', CAPTION, 'concurrent',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">concurrent concerné.
Une fois que les emplacements auront été déterminés de façon pertinente, tout ce qui concernera la façon dont les boîtiers et les caméras seront installés sera exclusivement du Elément de l\'ensemble de suspension permettant de régler la dureté des suspensions et qui agit sur le réglage de la hauteur de caisse.', CAPTION, 'ressort',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">ressort du concurrent concerné.
20.3.2 – Toutes les caméras, ou caméras factices, installées en positions 1, 2 ou 3, et indiquées sur le schéma 6 doivent être installées de façon à ce que l'angle ne doit pas être supérieur à ….. degrés, de la surface de référence.
20.4 – Indicateur de temps : Toutes les voitures doivent être équipées d'un chronomètre provenant du fournisseur officiel de chronométrage. Cet appareil doit être installé selon un strict respect des règles indiquées en appendice du règlement.

<script language=javascript> if ( !document.getElementById('overDiv') ) { document.writeln(' '); document.writeln('<scr'+'ipt language="Javascript" src="http://www.knowledge-community.net/F1c//includes/js/overlib_mini.js"></scr'+'ipt>'); } </script> <script language=Javascript src="http://www.knowledge-community.net/F1c//includes/js/overlib_mini.js"></script> Le tube de Pitot       Écrit par Thierry.B pour F1France    Le tube de Pitot vient du nom de son découvreur Henri Pitot, un savant français du XVIII siècle. Grâce à son invention il est possible de mesurer la vitesse de l\'air ou de la veine fluide avec extrême précision. Les ingénieurs de Formule 1 utilisent ce procédé pour enregistrer la vitesse de leur monoplace, situé en général sur le capot avant, il se présente sous la forme d\'un petit tube plié à 90° qui sort de la carrosserie. ', CAPTION, 'Tube de Pitot',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">  Le tube de Pitot vient du nom de son découvreur Henri Pitot, un savant français du XVIII siècle. Grâce à son invention il est possible d'avoir la vitesse de l'air ou de la veine fluide avec extrême précision. Il s'agit d'un système utile qui fonctionne en parallèle avec les autre système nécessaires au contrôle de l'Aujourd\'hui interdit par la FIA, mais exploité par presque toutes les écuries au début des années 80. Le dessous de la voiture utilisait un profil en aile d\'avion inversée qu iplaquait littéralement la voiture à la piste et lui conférait ainsi une adhérence exceptionnelle. (Wincars) ', CAPTION, 'effet de sol',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">effet de sol d'une monoplace, comme, par exemple le moment de tangage, comme sont non l'indique nous sommes en présence d'un tuyau qui recueille la pression de l'air pendant le mouvement du véhicule, par une prise d'air dynamique à l'entrée même du tuyau, il mesure notamment, soit la pression dynamique, "ou d'impact" de l'air, soit la pression statique. La pression totale, est donnée par la somme de la pression statique et de la pression dynamique. Le tuyau de Pitot est orienté dans le sens du mouvement du véhicule il fonctionne avec à un manomètre Mécanisme situé à la sortie de la boîte de vitesses qui permet aux roues motrices arrières de ne pas tourner à la même vitesse dans les courbes et, ainsi, d\'éviter le patinage. ', CAPTION, 'différentiel',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">différentiel pour calculer justement la différence entre la pression dynamique et la pression statique. Dans le tuyau il y a aussi des trous périphériques, qui représentent les prises statiques, parallèlement au sens de la vitesse de façon à ne pas être influencée par la pression dynamique. Le manomètre fournit la différence de pression qui est proportionnelle à la vitesse de la veine fluide. Le rapport entre les deux nous fourni la vitesse de la F1. Le tube de Pitot, utilisé par les formule 1 ne sert pas seulement pour les essais ou en condition de qualification il est toujours utilisé même en course, pour avoir constament une série de contrôles et les informations sont transmisent à chaque passage, aux ingénieurs, cela les aide à analyser les données télémétrique . La pression statique est la pression de l'air au repos. Elle est égale à la pression atmosphérique et est indépendante de la vitesse. Elle se mesure à l'aide d'un baromètre. La pression dynamique représente la pression exercée par des particules en mouvement (ex : le vent). Elle est proportionnelle à la vitesse de l'air et à sa masse spécifique. La pression totale C'est l'addition de la pression dynamique et de la pression statique : Pt = Pd + Ps = constante Etude du problème : Pour un gaz, on peut en général négliger les forces de pesanteur devant les forces de pression. On considère un tube cylindrique de diamètre D percé à son extrémité par une prise de pression totale (A) et percé sur sa périphérie d'une prise de pression statique (B). Ce tube (dit tube de Pitot) est placé parallèlement aux lignes de courant dans un écoulement permanent uniforme. Si le fluide est un gaz de masse volumique m, la vitesse d'écoulement est donnée par :  V = (2(pA - pB)/m)½. Pour l'air dans les conditions normales (1013 hPa et 15 °C) m = 1,25 kg/m3. Pour mesurer la différence des pressions dp, on utilise un manomètre différentiel à eau. Montrer que si on exprime dp en millimètres d'eau alors V (m/s) # 4.(dp)½. Au lieu de placer le tube dans un écoulement, on peut déplacer le tube dans un gaz immobile. Ce dispositif est toujours utilisé pour déterminer la vitesse des aéronefs. Les appareils industriels font l'objet de corrections (température, altitude, ...). La géométrie usuelle d'un tube est telle que les diamètres des prises de pression valent 0,3D et que la prise latérale est située à 6D de l'extrémité. Henri Pitot (1695-1771) Ingénieur et physicien français. Divers accessoires électriques            En bas à gauche : Bobine d’allumage « cigare » pour F1. Produisant une étincelle d’une puissance de 100 W, cette bobine d’allumage est conçue pour les moteurs allant jusqu’à 20 000 tours/minute. Son poids est de 90 g et son diamètre est de 17 mm. En haut à droite : alternateur A55 pour F1. Cet alternateur représente la dernière famille des alternateurs compacts développés spécialement pour les moteurs de haute performance. Il mesure 60 mm de haut et 85 mm de large et pèse 900 g. Il combine un bon ratio poids-performance, il est très sécuritaire et peut être efficace à de très hautes températures. Certaines écuries l’aurait éliminé en intégrant l’alternateur directement au moteur. En haut à gauche : Travaillant en synchronisation avec l\'alternateur, le régulateur de voltage apporte la puissance vitale nécessaire au au système électrique et électronique de la voiture, et cela, en toute sécurité. Cet appareil robuste peut fournir un courant de 40 A à 14 V. ', CAPTION, 'régulateur de voltage',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">régulateur de voltage MR815. Travaillant en synchronisation avec l’alternateur, ce régulateur de voltage apporte la puissance vitale nécessaire au système électrique et électronique de la voiture, et cela, en toute sécurité. Cet appareil robuste peut fournir un courant de 40 A à 14 V.

 

Le système électrique d’une Formule 1

Une Formule 1 est parcourue par plus d’un kilomètre de câbles électriques qui sont reliés à une centaine de capteurs et de calculateurs. Ici on doit parler plus d’un système électronique qu’électrique. Le fait est qu’il y a tellement d’appareils électroniques de toute sorte dans une monoplace, que la majorité de l’énergie produite par le système électrique lui est destiné. Comparativement à une voiture conventionnelle, le système électrique d’une F1 est moins développé car il n’y a pas de démarreur, pas de phare pour la conduite (le seul phare est situé à l’arrière et il se comporte comme un feu de navigation; donc, il consomme très peu d’énergie), un très petit alternateur (certaines voitures n’en possèderaient pas), une petite batterie de 12 V (de la taille d’une batterie de moto), une petite bobine d’allumage et un Travaillant en synchronisation avec l\'alternateur, le régulateur de voltage apporte la puissance vitale nécessaire au au système électrique et électronique de la voiture, et cela, en toute sécurité. Cet appareil robuste peut fournir un courant de 40 A à 14 V. ', CAPTION, 'régulateur de voltage',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">régulateur de voltage. Le démarrage est actionné manuellement par un vilebrequin pneumatique ou électrique, car en n’ayant pas de système de démarrage, on sauve beaucoup de poids. Les appareils les plus importants sont : l’unité centrale (Abbréviation de Electronic Control Unit, soit Unité de Contrôle Electronique L\'ECU est l\'unité qui contrôle et enregistre tous les "mots" électroniques dans une Formule 1. Elle est située dans la boite noire. ', CAPTION, 'ECU',BELOW,RIGHT, WIDTH, 300, FGCOLOR, '#7a93f6', BGCOLOR, '#4568f6', TEXTCOLOR, '#000000', CAPCOLOR, '#FFFFFF', OFFSETX, 10, OFFSETY, 10);" style="CURSOR: help; BORDER-BOTTOM: #000000 1px dotted" onmouseout="return nd();" href="javascript:void(0)">ECU) qui contrôle tout et qui épie chaque partie de la Formule 1, les transmetteurs, les capteurs et le volant. Il n’y a pas beaucoup de documentation sur le système électrique d’une F1 car elle est englobée surtout dans le système électronique et le moteur, et en plus, il n’est pas aussi développé que les autres aspects de la voiture comme le moteur, l’aérodynamisme, les freins, les pneus, etc. Son importance est moindre. L'electronique embarquée dans une formule 1 est blindée pour éviter toute interférences electromagnétique, d'ailleurs cette technologie est soumise à des tests CEM ( compatibilité electronique) par les constructeurs. Dans le chapitre Différents éléments électroniques, on peut voir les divers éléments électriques d'une F1.