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MotoGP, la tecnica: una IMU unica per limitare gli imbrogli

In MotoGP la IMU adesso è identica per tutti, per impedire imbrogli. Ma questa limitazione ha risolto definitivamente il problema?

6 giugno 2020 - 16:56

Uno dei modi in cui la categoria MotoGP cerca di contenere i costi è l’uso dell’elettronica standardizzata. Il primo passo è stato quello di realizzare una centralina unica standard, consentendo alle aziende di continuare a utilizzare il proprio software sulla centralina Magneti Marelli adottata nel 2014. Questa decisione ha impedito alle squadre una “corsa agli armamenti” per sviluppare la propria ECU specifica.

Nel 2016, la MotoGP è passata a un software unico, oltre a questa famosa centralina unica. Tutti erano quindi costretti a utilizzare lo stesso software e le squadre non potevano più impiegare un gran numero di ingegneri per sviluppare software. Questo per trovare metodi efficaci per controllare il comportamento della moto, nello specifico trazione, freno motore e anti-wheeling. Dorna aveva sperato così di creare condizioni eque.

Naturalmente, non c’è nulla che gli ingegneri adorino di più della sfida di aggirare e sovvertire le regole del gioco a loro vantaggio. Dall’adozione del software unico, diversi concorrenti hanno trovato modi diversi per cercare di sfruttare le regole attuali. Una delle strade esplorate dagli ingegneri è l’uso di una IMU, un’unità di misurazione inerziale (Inertial Measurement Unit). Quello che fa una IMU è ripristinare l’angolo di inclinazione, l’assetto e l’accelerazione di una moto.

Per sua stessa natura, questo elemento elettronico richiede molta intelligenza per misurare e calcolare tutti questi fattori. Ciò non toglie il sospetto che le fabbriche traggano vantaggio da questa intelligenza per utilizzare l’IMU come una sorta di ECU secondaria. In grado di effettuare più calcoli e modificare gli input dell’ECU standard per modificare il comportamento della moto. Fino alla fine del 2018 l’IMU era un “sensore libero”, ovvero le case erano libere di scegliere quella che desideravano utilizzare.

Imporre una singola IMU

Al fine di evitare una nuova “corsa agli armamenti”, nel 2019 Dorna ha anche imposto una IMU standard. E’ stato anche un modo per tenere sotto  controllo anche questo componente, e impedire a tutti di impiegarlo per altri scopi. Poiché il software e la potenza di elaborazione dell’IMU sono limitati, le fabbriche non possono più modificare il comportamento dell’ECU standard a proprio vantaggio.

Esistono due motivi per cui Dorna ha deciso di utilizzare una IMU standard. Il motivo principale è la sicurezza anti-manomissione (o anti-imbroglio). L’IMU è un sensore molto importante che, per sua natura, include un processore e una potenza di elaborazione interna. Questa potenza di calcolo dev’essere controllata e regolata: questa è la ragione principale. Il secondo motivo è come sempre il controllo dei costi: trattandosi di un sensore libero, ognuno sta cercando di sviluppare il proprio. Una spesa non indifferente.

Nel paddock c’era infatti il sospetto che alcune fabbriche usassero l’IMU come una specie di ECU “sovrapposta”. Vale a dire, l’IMU prendeva parte del carico di calcolo dell’ECU standard e consentiva un controllo più preciso del comportamento della moto. Il sistema elettrico dei prototipi MotoGP, come la maggior parte dei mezzi moderni, è collegato tramite un CAN-bus, che funziona come una rete in miniatura. Tutte le uscite dei vari sensori vengono collegate al CAN-bus, la centralina raccoglie queste informazioni e prende le decisioni di conseguenza sul controllo e sull’energia.

Ma poiché il CAN-bus è una rete aperta, tutti i sensori collegati possono teoricamente leggere i dati e, partendo da questi, eseguire i propri calcoli. Una IMU intelligente può leggere quindi i dati ed in base a questi modificare il proprio output. Consentirebbe così un controllo più preciso delle strategie software dell’ECU, ingannandola. Sebbene ciò sia tecnicamente possibile, non è consentito dalle normative. Ciò che Dorna ha fatto standardizzando l’IMU è aggiungere una certa sicurezza. Perché è facile imbrogliare, per qualsiasi ingegnere informatico.

IMU o una seconda ECU?

Teoricamente, i vantaggi ottenuti bloccando l’IMU potrebbero esserci anche facendo lo stesso con altri sensori. L’IMU però è un caso speciale a causa della grande intelligenza integrata nel sensore. Su una rete di un computer domestico questo si chiama “sniffer”, un analizzatore di rete per rilevare i dati. Con una IMU, è possibile raccogliere sul CAN-bus i dati che invece non dovrebbe entrare nell’IMU. Recuperandoli, è possibile utilizzarli in un certo modo e modificarli, cambiando sostanzialmente ciò che accade ai dati in entrata delle strategie del software di controllo.

Queste modifiche non consentirebbero il controllo diretto del motore, gestito solo dalla ECU. La centralina controlla gli attuatori, i componenti direttamente correlati al sistema di iniezione e l’accensione, come iniettori, valvole di aspirazione, valvole di scarico, fasatura di accensione, ecc. L’uso dell’IMU consentirebbe il controllo indiretto del motore, non gestendo alcun attuatore. Tuttavia, i benefici di questo tipo di imbrogli erano minimi.

Era necessario riuscire, ingannando la ECU, a fare ancora meglio di così, ma non è semplice. E anche se inviamo dati ‘truccati’ all’ingresso della centralina, le strategie di calcolo sono le stesse per tutti: ci sono quindi poche possibilità di trovare un miglioramento nell’output. Funzionerebbe cambiare il segnale tra l’uscita della ECU e l’attuatore, al fine di modificare il controllo, ma non è questo il caso.

Una limitazione dell’effetto

Una centralina tra l’ECU e gli attuatori aggiungerebbe un controllo diretto e più preciso dell’accensione e del riempimento del motore con miscela aria/benzina. L’IMU non può controllare direttamente gli attuatori perché in mezzo c’è l’ECU: questo significa che deve “ingannarla”, modificando le uscite per controllare indirettamente gli attuatori. L’IMU non può modificare direttamente i calcoli della ECU, ma solo ciò che la riguarda. Devi quindi essere molto bravo per poter modificare gli input, al fine di dare comandi di output più utili.

Ma l’unico modo per farlo è leggere i dati del CAN-bus e usarli nei calcoli effettuati dall’IMU, che quindi modificherebbe i suoi dati di uscita per l’ECU. Tecnicamente è stato possibile fino alla fine del 2018. Con l’IMU standard, i dati sono crittografati e quindi non possono essere modificati. Questo è un punto importante, che consente un numero limitato di azioni.

Come imbrogliare?

Facciamo un semplice esempio per capire come utilizzare l’IMU per bypassare il software standard e ottenere il controllo. Lo scopo principale dell’IMU, se effettivamente utilizzato come tale, è fornire l’angolo di inclinazione alla ECU. Molte strategie utilizzano questi dati di input, in particolare il controllo di trazione. Mentre la gara avanza, la gomma posteriore si consuma e il pilota può regolare questo parametro attraverso i comandi a disposizione. Ma a 300 km/h può essere difficile e pericoloso, sembrerebbe più logico adattare automaticamente il controllo di trazione. Un’azione in meno per il pilota se, ad esempio, le fabbriche fanno in modo di inviare all’IMU il numero di giri completati, aggiungendo ogni volta qualcosa al reale angolo di inclinazione, in modo che il controllo di trazione limiti la potenza.

Questo però imiterebbe il vecchio software di autoapprendimento, che calcolava l’usura delle gomme giro dopo giro e prevedeva come avrebbero reagito durante la gara. Se gli ingegneri hanno una buona stima della velocità con cui uno pneumatico si consuma, possono usarlo per cambiare il controllo della trazione durante la gara.

Ma non avendo il controllo della centralina, devono utilizzare un proxy. Gli ingegneri possono utilizzare il numero di giri per modificare l’angolo di inclinazione in ogni curva di alcuni decimi di grado. Pertanto, al 1° giro, l’IMU segnalerà accuratamente l’angolo di inclinazione della motocicletta. Ma al 20° giro l’IMU ha aggiunto alcuni gradi all’angolo di inclinazione reale, inducendo la ECU a pensare che dovrebbe essere aggiunto un maggiore controllo di trazione rispetto al primo giro.

Sostituire l’IMU con un sensore standard non elimina completamente questo tipo di elusione della regola. Renderebbe però tale frode molto più difficile e molto più evidente. In teoria, è possibile modificare tutti i dati che attraversano il CAN. Con una IMU, è “facile”: devi solo dichiarare che si tratta di una IMU, ma non è così. Questo è il primo passo per barare. Il secondo sarebbe quello di utilizzare una ECU aggiuntiva, ma di non dichiararla. Tenendo sempre conto della limitazione che tutti gli attuatori sono controllati dalla ECU…

L’articolo originale di Paul Emile Viel su paddock-gp

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