Dentro de la competición Formula Student, el equipo de la Universidad Politécnica de Valencia (FSUPV Team) ha desarrollado un sistema de adquisición de datos para su segundo prototipo, el FSUPV-02.
Antes de hablar acerca de que es un sistema de adquisición de datos y como se ha desarrollado, primero es necesario entender qué es Formula Student. Se trata de una competición en la que equipos formados en universidades de todo el mundo diseñan, fabrican y testean un coche con el que después compiten en los diversos eventos que se realizan en todo el mundo. Los equipos están formados íntegramente por estudiantes de la propia universidad.
El FSUPV Team, en su segundo año, ha desarrollado un sistema de adquisición de datos que permite recopilar información del comportamiento del coche mediante varios sensores integrados. Esto se ha hecho con varios objetivos: lograr una configuración óptima para las diferentes pruebas que se disputan en la competición, corroborar los cálculos realizados durante la fase de diseño y por último mejorar las habilidades del piloto.
La tarjeta utilizada es la STM32F4 Discovery con un procesador ARM Cortex-M4, que ofrece alta eficiencia en el procesamiento de señales, un bajo consumo y un bajo coste. El guardado de datos se ha realizado teniendo conectado un USB drive y después volcando los datos en el ordenador para su procesamiento. La información se ha sacado a partir de: el acelerómetro integrado de la Discovery, una IMU que proporciona datos de aceleraciones y velocidades angulares, cuatro sensores de efecto Hall para medir las velocidades en las ruedas, dos sensores de presión para las líneas delantera y trasera de frenos, un sensor de posición angular para el volante y todos los datos de los sensores del motor enviados desde la ECU por el bus CAN.
Lo primero que se desarrolló fue el acelerómetro integrado que lleva la Discovery (protocolo SPI) para obtener datos de las aceleraciones en pista estableciendo un rango de ±4 g. Esto permite una resolución de 1.95e-3 g. Pero las aceleraciones no eran suficiente información acerca del comportamiento dinámico del coche, por eso se decidió utilizar también una IMU (protocolo I2C) que proporciona datos sobre las aceleraciones y las velocidades angulares en pista. El acelerómetro de la IMU ofrece una resolución de 0.12e-3 g.
El siguiente paso fueron los sensores de efecto Hall para calcular las velocidades de las ruedas y también medir la distancia recorrida. Si fluye corriente por un sensor de efecto Hall y se aproxima a un campo magnético entonces el sensor crea un voltaje saliente. Este sensor está integrado en la mangueta. Mediante esta señal digital y sabiendo el diámetro de la rueda se puede calcular la velocidad y la distancia recorrida.
Después se utilizaron dos sensores de presión para calcular la presión en las líneas delantera y trasera de frenos. Se trata de un sensor analógico que produce una corriente directamente proporcional a la presión. Colocando una resistencia en el lazo de corriente se obtiene un valor de tensión que lee la entrada analógica de la Discovery. Esto permite detectar posibles problemas en las líneas de frenos, así como mejorar las habilidades del piloto.
El sensor de posición angular del volante no es más que un potenciómetro lineal integrado en la cremallera que entrega un valor de tensión en función del ángulo del volante. Esta información vale para mejorar las habilidades del piloto.
Para los sensores de presión de frenos y el sensor de posición angular del volante se ha utilizado un filtro paso bajo de primer orden con el objetivo de eliminar el ruido externo, así como el efecto de aliasing. Este es el efecto que causa que señales continuas se hagan indistinguibles cuando se muestrean digitalmente.
En la imagen se puede observar el efecto de aliasing en el que el muestreo de una señal de una determinada frecuencia hace que en su reconstrucción se produzca una señal con una frecuencia inferior.
Finalmente se logró comunicación con la ECU mediante el bus CAN, esto ha permitido sacar toda la información de los sensores del motor para la calibración de éste, así como mejorar también las habilidades del piloto.