sábado, 8 de julho de 2017

Engenharia de Pista - Estudo de Caso

Rodrigo Ruiz
Caros leitores, esta postagem vai discorrer sobre a minha primeira experiência como engenheiro em um ambiente de corridas. No mês de maio de 2017 fiz parte da academia técnica da Fórmula Inter. O projeto original deles era criar um curso em parceria com a Bosch, utilizando a estrutura do Centro de Treinamento em Campinas para as aulas e as etapas da Fórmula Inter para a experiência em pista. No entanto, o curso foi cancelado por causa de uma reforma no Centro, ou pelo menos essa foi a justificativa. Era um curso bastante completo e interessante, e o preço acompanhava. Eu tinha me inscrito, mas confesso que não sei como iria pagar. Enfim, cancelaram o curso e não se falou mais nada até abril, quando decidiram pegar um tópico da grade, aquisição e interpretação de dados, e fazer um curso gratuito para estudantes de engenharia mecânica sobre ele. Mesmo já tendo me formado, decidi me inscrever, e, para a minha surpresa, fui chamado para a segunda turma de um total de três.

AQUISIÇÃO E INTERPRETAÇÃO DE DADOS

Quem gosta de acompanhar o lado mais técnico do automobilismo com certeza já ouviu a palavra telemetria. Telemetria é a aquisição de dados em tempo real. Aquisição de dados é exatamente o que as palavras significam. Dados, ou informações, são coletadas por diversos sensores posicionados no carro para uma análise mais precisa do que está acontecendo no momento da sua utilização. Somente a aquisição de dados não resolve e nem soma nada, a não ser aos custos, à performance do carro. É necessário observar o carro na pista, interpretar os dados e, juntamente com o feedback do piloto, verificar as causas de um possível problema, ou definir que caminho traçar com o desenvolvimento do carro, por exemplo.

Lucas Vidal
Acima há um exemplo de arquivo de dados, aberto no programa de análise de dados da Pro Tune, chamado de Analyzer. O autódromo em que foram gravadas as informações foi o de Tarumã, no Rio Grande do Sul, e na tela é possível ver dois canais de informação, o de velocidade e o de rotação do motor, além de um mapa do circuito abaixo e à direita na imagem. A grande maioria dos carros de corrida semi-profissionais acaba coletando informações dos sensores que já estão presentes no carro, como por exemplo o TPS e o de pressão de óleo do motor. Isso acontece pois equipar o carro com outros sensores, por exemplo uma célula de carga no amortecedor ou um sensor de pressão do ar em uma asa, é mais caro e não é visto como um investimento pela equipe, visto que ter a informação somente pelo fato de possui-la, sem utilizar aquilo para a construção de um caminho até um objetivo final, é gastar dinheiro a toa, e muitas vezes a equipe não possui conhecimento para utilizar aquela informação, ou não pode utilizá-la por regulamento. Antigamente, um datalogger, como são chamados esses dispositivos que armazenam a informação dos sensores, era simplesmente um módulo eletrônico pequeno. Hoje, a grande maioria dos dataloggers é incorporado à painéis eletrônicos, e são chamados dashloggers. No caso do curso da Fórmula Inter, a maioria dos carros eram equipados com dashloggers Pro Tune TDL 3.2", e alguns outros com o TDL 4.3", como na foto abaixo. Em ambos os casos, eles registravam informações dos sensores do motor e de um acelerômetro presente no próprio dashlogger.
Pro Tune

O CURSO DA FÓRMULA INTER

O curso sobre aquisição e interpretação de dados da Fórmula Inter foi ministrado pelo Cezar Tadau, aluno da FEI que deve se formar logo menos e que está no projeto da Fórmula Inter desde o início da história toda. Foram dois finais de semana de curso. No primeiro final de semana houve uma aula teórica no sábado, onde ele apresentou o programa e um mínimo do que é aquisição de dados. Além disso, ele deu as diretrizes para o próximo final de semana, e sobre o que nós podíamos e não podíamos fazer com os dados. Por exemplo, eu não posso divulgar os dados aqui, não posso compartilhar os arquivos e nem postar imagens dos gráficos referentes à etapa em que fiz o curso. Não assinamos nenhum termo de confidencialidade, mas por questão de ética não o farei. No entanto, mais a frente na postagem vou discorrer sobre o que aconteceu com o carro pelo qual estava responsável, quais foram as consequências e o que eu tirei desses acontecimentos. No final de semana de corrida chegamos no autódromo às seis horas da manhã na sexta-feira. Não fizemos grande coisa até logo antes das oito e pouco, horário do primeiro treino livre. Dividimos os carros entre os participantes do curso e eu acabei ficando responsável pelo carro do Alexandre Galassi, da foto abaixo.

Fórmula Inter
A rotina do engenheiro de pista na Fórmula Inter era a seguinte: Limpar o carro, checar sensores vitais do motor, conferir freios, embreagem, calibragem do pneu, combustível, calibrar o acelerômetro, amarrar o piloto, fazer o warm up do carro e ajudar no que estivesse acontecendo ao redor antes dos treinos. Após os treinos, deveríamos puxar os dados do dashlogger e interpretá-los com base no que vimos do carro e ouvimos do piloto. Segundo o Tadau, nós, os engenheiros de pista, receberíamos uma folha, uma espécie de checklist, na qual deveríamos reportar os acontecimentos dos treinos e a situação dos carros pré-pista. Para esse primeiro treino não recebemos nada, e eu não poderia ter ficado mais perdido. Esqueci das coisas que eram minha responsabilidade, consegui checar os sensores vitais, amarrar o piloto e checar a pressão dos pneus junto com um dos mecânicos, mas o resto da lista passou batido. Para o segundo treino, tratei de ficar mais esperto, prestar atenção nos locais das ferramentas e principalmente de ficar ligado no relógio.

Motonline
A sexta-feira estava chuvosa e bastante fria. No primeiro treino, o carro #06, do qual eu era o engenheiro responsável, encostou com o piloto dizendo que o carro não estava rendendo nas retas, por faltar pouco tempo ele decidiu entrar para os boxes e esperar o segundo treino. Puxei os dados, comparamos com outro carro e segundo o chefe dos mecânicos e o próprio Tadau, não tinha nada de errado com o motor. Passei isso ao piloto e preparei o carro para o segundo treino, desta vez conforme o checklist mandava, sem deixar nenhum item de fora. O carro #06 saiu para o segundo treino e de longe, ali dos boxes mesmo, pudemos ver na subida do laranjinha uma faixa de óleo na pista molhada, como na imagem acima. O piloto entrou para os boxes por que ele percebeu que a temperatura estava 15° mais baixa do que deveria estar. Quando ele encostou nos boxes, colocamos um pedaço de papelão na entrada de ar para subir um pouco a temperatura, e ali vi que tinha bastante óleo na parte de cima do difusor dele, mas achamos que era de outro carro. Ele ficou na pista quase até o final do treino, quando encostou novamente e vimos que ele tinha encharcado o carro que vinha atrás de óleo, além dele mesmo. Quando levantamos o carro percebemos que tinha um vazamento muito grande na lateral traseira esquerda. Os mecânicos desmontaram aquela parte do carro e viram que um sensor de pressão de óleo tinha quebrado, com o vazamento se iniciando ali. Tiraram o sensor do circuito, reconectaram as mangueiras, montaram o carro de novo e deixaram-no pronto para a classificação, que ocorreria no sábado. Cabe lembrar aqui que eram dois sensores de óleo, um para a injeção Pro Tune PR440 e outro para o dashlogger. Fiquei sem informação de pressão de óleo, mas a injeção continuava recebendo as informações e funcionando normalmente. Na foto abaixo é possível ver o carro #06 no momento em que os mecânicos checavam o vazamento.

Fórmula Inter
Enquanto os mecânicos terminavam de colocar o motor de volta no carro, aproveitei para puxar os dados do dashlogger. Não havia dados para auxiliar o piloto em um acerto ou talvez indicar onde ele poderia ganhar algum tempo, a única coisa útil que os dados nos forneciam era o momento exato em que o sensor de óleo parou de funcionar. O motor foi colocado no carro, ligado e testado. Parecia tudo dentro dos conformes, já era umas seis da tarde, e eu fiquei mais um pouquinho ali mas logo depois fui embora, acredito que umas sete e pouco. No sábado, a classificação estava marcada para 14h30 se não me engano, e o pessoal pediu pra chegarmos lá às oito da manhã. Eu me atrasei e acabei chegando lá 9h30. De quando cheguei até umas 11h30 não fizemos muita coisa. Se não há um problema, o box é um lugar bem calmo. Perto das 13h30 eu já tinha conferido todos os parâmetros no checklist duas vezes, e fiquei esperando a largada do treino classificatório. Pedi para o piloto ficar mais tempo na pista para termos mais dados para analisar, ele concordou e ficou quase até o final do treino. A classificação foi rápida, e o carro #06 tomou 4 segundos do pole. Várias vezes vi o piloto travando a roda no esse depois do laranjinha, e quando ele encostou o carro me disse que estava com o balanço de freio todo para trás e ainda assim travava roda em curvas para a direita. Antes que eu pudesse chegar a qualquer conclusão, o Artur Bragantini, um dos coachs, ou técnicos, da categoria, cravou o problema, a carga em cada roda não estava bem distribuída. Dito e feito. Depois de alguma discussão, o Sr. José Minelli, construtor de carros de corrida de longa data e parte do corpo técnico da categoria, decidiu colocar o carro #06 na balança para verificar a carga em cada canto, como pode ser observado na imagem abaixo.

Lucas Vidal
O carro fez dois treinos livres e um treino classificatório com uma diferença de 40 kg entre o lado esquerdo e o lado direito. Em curvas para a direita, por conta das transferências de carga, a roda dianteira direita ficava com menos carga ainda, e quando se tentava frear, ela era bloqueada. Além disso, na traseira ocorria o contrário, a roda direita era a que estava com maior carga, o que deixava o carro bastante ruim de guiar. Isso ficou evidente no treino classificatório pois o tempo já estava seco. Nos dois treinos livres, por causa da chuva, as transferências de carga foram amenizadas, e no meio de todo o vazamento de óleo, o piloto pode não ter percebido esse comportamento estranho do carro. Enquanto o carro tinha suas cargas equilibradas, aproveitei para puxar os dados da classificação e analisar junto com o piloto. Até aqui, os problemas encontrados no carro #06 poderiam ter sido resolvidos sem nenhum tipo de aquisição de dados, somente com a experiência. No entanto, conversando com o piloto, me lembrando do que tinha visto na pista e analisando os dados, conseguimos verificar, em vários pontos da pista, situações em que o piloto estava dando o máximo dele, mas o carro estava aquém do limite de projeto. Em curvas para a direita ficava evidente que  a falta de equilíbrio prejudicava demais a performance. Um exemplo disso, na subida para o laranjinha, com o acelerador aberto ao máximo, o carro #06 era 15 km/h mais lento do que os ponteiros. Outro exemplo, na saída da curva do sol, o carro #06 chegava a estar 5 km/h mais rápido do que os ponteiros, e chegava no final da reta oposta 7 km/h mais lento.

Fórmula Inter
O exemplo do laranjinha deixa claro que o problema tinha a ver com o desequilíbrio das cargas, pois é uma curva. O da reta oposta não. Em uma reta não há transferências de carga laterais, somente longitudinais, então o desequilíbrio não deveria ser um problema tão grande para, em carros iguais, dar 12 km/h de diferença de velocidade. No momento em que juntei essas informações, fui atrás do Tadau para ver se poderia ser alguma coisa no motor do carro #06. Analisamos os gráficos juntos e ele disse que poderia ser alguma coisa pequena, mencionando que os dois motores desenvolviam as rotações da mesma maneira na maioria das situações, a não ser na reta oposta. Os mecânicos desmontaram algumas partes do motor, checaram as peças, transmissão e não encontraram nada. Eu não tinha ideia também do que poderia estar errado no motor, então comecei a pensar o que poderia estar entre o motor e as rodas que poderia sofrer com o desequilíbrio e causar uma perda de performance. Olhando para a caixa de câmbio me lembrei que o diferencial poderia causar alguma coisa parecida, principalmente se fosse aberto. Fui atrás do Tadau, expliquei o que estava pensando, ele disse que achava que não tinha a ver com o diferencial, mas pediu pra eu procurar o Sr. José Minelli, por que ele não se lembrava se o diferencial era aberto ou de deslizamento limitado. Seu Minelli me disse que era diferencial de carro de rua, aberto, e que ele não sabia se tinha influência ou não neste caso. O carro #06 já estava equilibrado e pronto para dormir, assim, decidi ir para casa pois o cansaço já era grande e minha dúvida não ia ser esclarecida naquele dia. No domingo, fiz e refiz o checklist e esperei a corrida começar. Na foto acima, estou arrumando os cintos do carro pela quarta ou quinta vez, acredito. A corrida começou, o carro #06 parecia bem melhor, mais equilibrado e o piloto estava confiante o suficiente para fazer uma prova interessante, arriscando ultrapassagens e tudo. No entanto, a pista estava úmida e eu não pude ficar com os logs (arquivos de dados) da corrida. Assim, não tive como sanar minha dúvida ali, não consegui ver como foi o desempenho na subida do laranjinha e na reta oposta. Até tentei tirar alguma coisa do piloto, mas ele disse que não sentiu muita diferença do carro dos treinos para o carro da corrida. Acabei voltando para casa logo depois que a corrida acabou, e assim se encerrou o curso.

Fórmula Inter


DIFERENCIAL E CAPACIDADE DE TRAÇÃO

Como escrevi no tópico anterior, para mim, além de algum pequeno problema no motor, a capacidade de tração do carro estava comprometida por causa do diferencial aberto e do desequilíbrio de cargas nos pneus. Como não tive acesso aos dados da corrida, fiquei com a dúvida se o meu raciocínio tinha algum sentido. Antes de explicar este raciocínio, proponho aos que têm alguma dúvida sobre como diferenciais funcionam de lerem esta postagem do FlatOut.

Wikiwand
No carro da Fórmula Inter, o torque é dividido igualmente para as duas rodas, pois as engrenagens planetárias têm o mesmo tamanho, o mesmo número de dentes e o diferencial é aberto. A força que o pneu pode transmitir ao solo, e consequentemente, movimentar o carro, é este torque dividido pelo raio do pneu. Acontece que esta força, oriunda do torque do motor, só vai movimentar o carro enquanto o pneu conseguir transmitir isso ao solo por meio da aderência. Esta força de aderência, ou atrito, é proporcional à força vertical agindo no pneu. Quanto maior for essa força vertical, maior será a força de atrito. No caso do carro #06, o pneu traseiro esquerdo era o pneu com menos força vertical (lembram dos 40 kg de diferença?), assim, se o torque enviado às duas rodas é igual, o pneu do lado esquerdo destracionaria antes do pneu do lado direito, o que poderia causar uma perda de performance, pois quando o pneu derrapa o carro não é movimentado para a frente tudo o que poderia ser, e a tendência é que o piloto segure o acelerador para que o carro pare de destracionar e vá para a frente. Em outras palavras, o pneu esquerdo limitaria o conjunto. Isso foi o que eu pensei quando olhei para a caixa de câmbio e aquela diferença de velocidade do carro #06 para os ponteiros na reta oposta. O que eu não pensei na hora, e o que nem o Tadau e nem o Seu Minelli perceberam, é que a resposta para a minha pergunta estava no próprio conceito inicial da minha suposição. Esse desequilíbrio nas cargas verticais só afetaria a performance se o torque do motor fosse o suficiente para extrapolar o limite de aderência. Não tenho a curva de torque do motor do F-Inter MG-15, que é um Ford Duratec 2L. No entanto, tenho uma curva de torque de um Formula Ford genérico, que tem uma preparação muito parecida com a do MG-15, e níveis de potência e torque similares. Abaixo é possível ver esta curva de torque.

OptimumG

No início da reta oposta, o carro #06 estava a aproximadamente 153 km/h, e seu motor estava por volta das 5450 rpm. O tamanho dos pneus traseiros utilizados na categoria são 265-540 VR13, o que nos dá um raio de 0,270 m, e uma relação de transmissão próxima de 3,63:1 do motor para as rodas. Supondo que a curva de torque seja a mesma do Fórmula Ford genérico, estariam chegando às rodas 689 Nm de torque. Dividindo isso pelo diferencial e pelo raio do pneu, temos 1276 N de força agindo no contato do pneu com o asfalto. Supondo que a distribuição de peso seja de 45%-55% e supondo que o peso do carro com o piloto e combustível seja de 590 kg, teríamos 1592 N em cada pneu traseiro. O pneu utilizado é um Pirelli P Zero de composto duro, podemos assumir um valor de coeficiente de atrito de 1,1, o que nos daria uma capacidade de tração de 1751 N por pneu. Além da carga estática, teríamos a transferência de carga devido à aceleração e também a carga aerodinâmica, o que só fariam aumentar a capacidade de tração. Os valores são aproximações e várias suposições foram feitas, mas podemos perceber que a capacidade de tração é maior do que a capacidade do motor fornecer torque, o que acaba respondendo minha pergunta, o diferencial, neste caso, não influenciou em nada na performance, e havia sim algo de errado com o motor do carro #06. Extrapolando um pouco a análise, 40 kg são 392 N em termos de força, mesmo subtraindo isto dos 1751 N de capacidade normal de tração, ainda teríamos 83 N de aderência, novamente, sem contar com a transferência de carga e a carga aerodinâmica, que só fariam esse número crescer. Se tivéssemos um pneu pior, por exemplo um pneu de rua com 0,8 de coeficiente de atrito, esses 40 kg de diferença se fariam muito mais importantes e poderiam ocasionar a perda de performance que tinha pensado, especialmente se não houvessem aparatos aerodinâmicos. Um último comentário sobre esta ideia que tive, quando a pista estava úmida, o coeficiente de atrito dos pneus de chuva pode ter baixado um pouco, e talvez algo parecido com o que descrevi poderia acontecer, mas o piloto não se queixou de nada, e um destracionamento por desequilíbrio das cargas poderia muito bem ter sido disfarçado pelo problema de óleo na pista.

A OPERAÇÃO DE PISTA NA FÓRMULA INTER


Fórmula Inter
Escrevi há um tempo atrás uma análise do carro utilizado na Fórmula Inter. Naquela postagem, comento que a categoria é uma das mais organizadas do automobilismo nacional. Se considerarmos somente o campeonato paulista, ela é, de longe, a mais profissional e organizada. Depois deste curso e de ter visto as coisas do lado de dentro, continuo achando a mesma coisa. No entanto, vi muita coisa que consideraria uma oportunidade de melhoria. O projeto da categoria não veio do nada, a família Galassi teve uma experiência na Road To Indy, e aqui no Brasil com a F1600, antes de resolverem fazer as coisas por conta própria. Em questão de administração, marketing e publicidade, é um negócio bem feito, bem pensado e bem executado. O Marcos Galassi sabe que domina essas áreas bem, assim, para as áreas que não domina, chamou gente que faz um bom trabalho, como o Seu Minelli, o Artur Bragantini, Luciano Zangirolami, o próprio Tadau e o Edu, que é chefe dos mecânicos. O que eu vi que pode ser melhorado e dar menos dor de cabeça para todos, além de causar menos em termos de estresse e noites mal dormidas, é na parte de organização dos mecânicos e preparação dos carros.

Rodrigo Ruiz
Não é uma questão de falta de conhecimento técnico ou de falta de experiência, é realmente só uma questão de organização. Os mecânicos não tinham um checklist como nós tínhamos, e a cada sessão cada um fazia uma tarefa diferente. Novamente, todos os mecânicos estavam realmente dando o sangue e tinham conhecimento do que estavam fazendo, mas as coisas poderiam ser melhores se fossem mais automatizadas. Por exemplo, eu organizaria a equipe de modo que um mecânico seria responsável somente por um carro, realizando juntamente com o engenheiro todos os preparativos necessários. Se o número de mecânicos fosse insuficiente para isso, pegaria um grupo de mecânicos e deixaria cada um responsável somente por uma tarefa, no máximo duas, em todos os carros. Por exemplo, um mecânico seria responsável por sangrar os freios e embreagem, e o outro seria responsável pela calibração dos pneus. Acredito que definir as tarefas e não mudá-las de treino para treino acabaria deixando os mecânicos mais focados e rápidos. Além dessa divisão dos mecânicos, manteria uma equipe de dois ou três mecânicos para tarefas emergenciais, como por exemplo, encontrar um vazamento de óleo e corrigi-lo. Para finalizar o assunto da operação de pista, acredito que uma preparação mais extensa dos carros seja necessária para uma boa prova e para que os pilotos tenham sempre o melhor equipamento possível em mãos. O balanceamento das cargas em cada roda deveria ser feito antes de toda sessão de pista, junto com os outros parâmetros do checklist. Eu também faria, ou conferiria, o alinhamento das rodas antes de toda sessão. No momento atual, os carros saem com um acerto padrão para todos os pilotos, mas no futuro a tendência é que cada carro saia com seu acerto próprio, então a divisão que mencionei acima, de um mecânico por carro, se fará mais necessária ainda, e tudo isso deverá ser registrado em folhas ou arquivos eletrônicos para que não se perca esses dados e para que o desenvolvimento de cada carro possa ser sólido e não meramente um golpe de sorte.

CONCLUSÃO


Fórmula Inter
O curso em si não tinha muita bagagem teórica e não me acrescentou muito conhecimento sobre como um carro de corridas funciona, não havia mistério no assunto do curso. O que eu não sabia, consegui aprender e relacionar com o que já sabia de maneira rápida. O que eu gostei, e muito, foi de ter tido a oportunidade de analisar as coisas do lado de dentro, e de verificar possíveis soluções para problemas reais, sair um pouco da teoria. O que me atrai nos carros de corrida é a questão do desenvolvimento, do projeto, de ver as coisas sendo postas à prova e de tentar entender aquilo do ponto de vista da engenharia, como aconteceu com a ideia do diferencial descrita na postagem. Não fiz parte do desenvolvimento do carro, mas estudei-o a fundo, descobri que o que é importante no projeto não foi feito aqui, mas foi copiado de uma boa base, e que de certa maneira, todos os anos estudando engenharia e quebrando a cabeça para entender a enorme quantidade de variáveis que compõem um projeto automobilístico não pode simplesmente ser substituída por sucessões de tentativa e erro ao longo de 20, ou 30 anos.

Rodrigo Ruiz

Além da questão técnica, confirmei o que já vinha sentindo e observando em outras experiências que tive na vida, não é possível ser somente um especialista, não dá pra ter somente um conhecimento técnico grande, e não ter organização, disciplina e liderança. Na minha opinião, falta organização no chão do box, na operação de pista. Pode parecer besteira ou menos importante do que o conhecimento técnico, mas, como já escrevi aqui antes, o que faz alguém, ou um empreendimento ser bem sucedido, é o melhor uso dos recursos disponíveis, e não sou só eu que digo isso, Claude Rouelle também, para citar um cara do meio. É isso aí, se chegaram até aqui, agradeço a leitura e até a próxima postagem!
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