遙測(cè)技術(shù)在賽車中的重要作用

在過去的十幾年中，賽車以及其他各種在廣播電視等媒介上轉(zhuǎn)播的觀賞性運(yùn)動(dòng)都發(fā)生著巨大變化。借助遙測(cè)技術(shù)，或者更直白的說法是遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，車迷可以直觀地看到每個(gè)車隊(duì)的具體表現(xiàn)，并通過無線電掃描儀或通過官方渠道訂閱無線數(shù)據(jù)和流媒體視頻源，來收聽車手在車內(nèi)的通話，還可以借助手機(jī)來觀看賽車內(nèi)各個(gè)攝像機(jī)位拍攝的影像。

在一輛賽車上，執(zhí)行遙測(cè)的傳感器很可能會(huì)超過80個(gè)，每一個(gè)都能夠以每秒采樣10到20次的速度向維修人員和車手發(fā)送數(shù)據(jù)，或者以每秒最多采樣100次的高速度向車載數(shù)據(jù)記錄器傳輸數(shù)據(jù)；這還只是監(jiān)控單獨(dú)一項(xiàng)數(shù)據(jù)的情況。這些信息會(huì)顯示給車手、維修人員和車迷，并且記錄在車載的數(shù)據(jù)記錄儀和“黑匣子”中。將這些數(shù)據(jù)乘以80個(gè)或更多個(gè)傳感器，就足以想見需要分析的數(shù)據(jù)量是多么的大；而分析這些數(shù)據(jù)的主要目的就是為了提升賽場(chǎng)上的表現(xiàn)。

貿(mào)澤的工程師采訪了印地賽車KV車隊(duì)的數(shù)據(jù)采集工程師Josh Fults和Matt Cummings，探討了在賽車環(huán)境中使用電子產(chǎn)品的話題。他們倆不出意外地表示振動(dòng)是最大的挑戰(zhàn)之一，因?yàn)槊織l新賽道的振動(dòng)特點(diǎn)都不一樣，而車隊(duì)需要在大半年時(shí)間里征戰(zhàn)各地。當(dāng)賽車以200MPH高速行駛時(shí)，每條新賽道上有關(guān)振動(dòng)的小問題都會(huì)變得像路面坑洞那樣糟糕，而且這些問題還會(huì)反復(fù)地發(fā)生。所以，賽車上的傳感器必須足夠堅(jiān)固。

在印地賽場(chǎng)上，有哪些信息需要車隊(duì)來監(jiān)控，并實(shí)時(shí)地顯示給相關(guān)人員，或者記錄下來以供賽后分析？這些信息有發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載或歧管絕對(duì)壓力（又稱為“增壓”）、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門位置、氣溫和水溫、油量、胎壓、排氣氧含量（評(píng)估油氣混合的一項(xiàng)指標(biāo)）、防滾桿位置，以及諸如三軸加速度、機(jī)械位移和旋轉(zhuǎn)速度等詳細(xì)信息。

賽車行駛的速度高達(dá)200MPH，彼此之間卻往往維持著觸手可及的距離，為此賽事工作人員必須以幾個(gè)厘米的精度來跟蹤賽車位置。轉(zhuǎn)播人員只需撥動(dòng)一個(gè)開關(guān)，就可以讓轉(zhuǎn)播畫面上彈出一系列疊加欄位，顯示6、7項(xiàng)有關(guān)某個(gè)車手的統(tǒng)計(jì)信息，還可以讓車迷看到相關(guān)的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)，例如車速、轉(zhuǎn)速、方向盤旋轉(zhuǎn)位置，以及油門、制動(dòng)強(qiáng)度和g力大小。如此一來，賽場(chǎng)上的現(xiàn)實(shí)通過虛擬的方式呈現(xiàn)給了車迷，因?yàn)檐囀执藭r(shí)體驗(yàn)的正是這些數(shù)據(jù)的真實(shí)效果；另一方面，車迷也通過虛擬的方式將自己代入現(xiàn)實(shí)中，他們自己仿佛就坐在車手的身后，分析車手將會(huì)采用何種超車策略，并與車手一同感受賽車自身的局限性。
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圖1：將賽車上的傳感器傳回的數(shù)據(jù)顯示在視頻轉(zhuǎn)播畫面上的圖示

這樣的觀賽體驗(yàn)離不開遙測(cè)技術(shù)的支持。這些傳感器必須承受種種惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)高溫、持續(xù)振動(dòng)、塵土、水和油等各種不利因素。要?jiǎng)偃芜@樣的考驗(yàn)，就要采用專門制造的高性能耐高溫電子產(chǎn)品，例如ADI的ADXL206 MEMS加速度計(jì)。該產(chǎn)品額定溫度非常高，可以勝任環(huán)境溫度高達(dá)175°C的地質(zhì)勘探，還可以承受±5g的g力，線性度的表現(xiàn)也很不錯(cuò)。在某些賽道上，一些彎道的過彎g力可以輕松達(dá)到4.5g。此外，Murata提供了一款能承受6g的MEMS加速度計(jì)SCA3100-D07-1，該產(chǎn)品能夠承受溫度高達(dá)125°C的惡劣環(huán)境。Murata對(duì)其MEMS陀螺儀和加速度計(jì)進(jìn)行了晶圓級(jí)的密封，從而保護(hù)其免受微粒和化學(xué)物質(zhì)侵襲。
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圖2：九臺(tái)ADXL206高溫MEMS加速度計(jì)設(shè)備在不同溫度下的x軸靈敏度（由ADI提供）

在印地500比賽中，車手必須在承受3g – 4g過彎的狀態(tài)下抬直頭部完成長(zhǎng)達(dá)200圈的比賽，而車內(nèi)的傳感器全程都要承受高濕度和高達(dá)90度的溫度。

非接觸式傳感器在賽車中也占有一席之地。Honeywell霍爾效應(yīng)傳感器是一系列小型、高靈敏度的傳感設(shè)備，可以對(duì)南、北磁極交替變化做出響應(yīng)，非常適合用于速度傳感和轉(zhuǎn)速測(cè)量，當(dāng)然也可以用于位置傳感。所有這些傳感器都需要連接器和通信收發(fā)器才能工作，為此KV車隊(duì)采用了CAN協(xié)議來組建車載網(wǎng)絡(luò)。CAN為賽車的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換提供了協(xié)議和方法，只需借助位于綽號(hào)“織布機(jī)”的線束中的一條總線，就可以將發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的霍爾傳感器所收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到所需的地方，無需費(fèi)心費(fèi)力連接許多直連線路。Microchip、英飛凌、安森美半導(dǎo)體和NXP都提供可在接近150°C的溫度下運(yùn)行的CAN收發(fā)器。

硬件和軟件工程師將高科技帶入了體育運(yùn)動(dòng)。他們現(xiàn)在可以直接從賽車中獲取相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)，并在電視轉(zhuǎn)播畫面上實(shí)時(shí)顯示。因此，當(dāng)您再次觀看賽車賽事，并在屏幕上看到多種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，不妨設(shè)想一下，再過十年，您也許會(huì)坐在一個(gè)模擬器中，以虛擬的車內(nèi)視角來觀賽，而這個(gè)模擬器使用的數(shù)據(jù)，正是來自于那些渺小卻又堅(jiān)固的傳感器。還有什么能比安全而又完全沉浸式的觀賽體驗(yàn)更吸引人嗎？憑借貿(mào)澤電子這樣的分銷商提供的新技術(shù)和新產(chǎn)品，工程師正不斷將電子設(shè)計(jì)推向新的極限，持續(xù)為我們帶來這樣的機(jī)遇。貿(mào)澤電子擁有超過300萬種產(chǎn)品SKU可供選擇，KV車隊(duì)正是采用貿(mào)澤分銷的產(chǎn)品來創(chuàng)建自定義解決方案。你也可以。
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