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Datarecording im Motorsport

Datarecording im Motorsport
Datarecording im Motorsport
Erfolg im Motorsport ist reine Erfahrungssache. Alte Hasen haben sie sich im Laufe der Jahrzehnte durch permanentes Ausprobieren und Testen angeeignet. Die Füchse unter den Hasen haben ihre Ergebnisse dokumentiert und führen Nachschlagewerke mit sich, in denen sie die gerade benötigten Informationen finden. Das sind alles gut gehütete Geheimnisse, denn der Aufwand war riesig, um diese Erfahrung zu sammeln. Und das wird immer so bleiben.

Für den modernen Motorsport gibt es inzwischen sehr leistungsfähige und preisgünstige Geräte, die verschiedene physikalische Größen während der Fahrt aufzeichnen und dem Techniker später als Replay auf dem Gerät oder graphisch auf dem PC anzeigen. Die Testdaten können mit Kommentaren ergänzt werden, so dass zu jeder Zeit, auch Jahre später, exakt nachvollzogen werden kann, welche Einstellungen und welches Material für eine schnelle Runde wichtig ist. Das sind Erfahrungswerte, die innerhalb kürzester Zeit gesammelt werden, jedoch ist der Aufwand geringer, das ganze geht wesentlich schneller und die Authentizität ist gewährleistet. Mit anderen Worten: "Datarecording macht schneller schnell".

Wer aber glaubt, allein der Besitz eines Datarecording mache schnell, der irrt. Es gibt auf der ganzen Welt kein Gerät welches dem Fahrer sagt, was er machen muss um schneller zu werden. Datarecording dokumentiert lediglich, was wo wann passiert ist, und zwar unbestechlich und präzise.

Im Motorsport gibt es 4 wichtige Bereiche, die über Erfolg und Misserfolg entscheiden: den Antrieb, das Fahrwerk, die Aerodynamik und den Piloten. Sie alle können je nach Reglement mehr oder weniger getunt werden. Aber jedes technische Tuning ist teurer als das am Fahrer. Hier liegt in der Regel auch das größte Potenzial, es sei denn, er heißt zufällig Rossi oder Schumacher.

Also muss man anschauen, was der Fahrer so alles macht, wenn er mit seinem Fahrzeug unterwegs ist. Dazu bauen wir Sensoren in sein Fahrzeug ein, die folgende Zustände registrieren:
  • Geschwindigkeit
  • Drehzahl
  • Gang
  • Rundenzeit
  • Gasgriff- bzw. –Pedalstellung
  • Bremsdruck
  • Querbeschleunigung bzw. Gyroskop
Beim Auto ggf. noch einen Lenkwinkelsensor, und damit sehen wir alles, was der Fahrer macht. Wir können die erfassten Daten aus verschiedenen Runden nun graphisch, tabellarisch oder auch als Simulation miteinander vergleichen und feststellen, ob er schnellere Rundenzeiten hätte fahren können, wenn er konstanter wäre oder mehr Kondition hätte. Wir sehen, ob er in bestimmten Situationen einfach nur Respekt hat oder den falschen Gang benutzt und auch, wenn er eine Kurve zu früh anbremst, die Bremse wieder löst und zum richtigen Zeitpunkt nachbremst. Und wir sehen, wie lange er das Fahrzeug ohne Gas schieben lässt bevor er bremst. Dies alles beeinflusst die Rundenzeiten negativ und kann, wenn man es erkennt, in bessere Rundenzeiten umgesetzt  werden. Ohne viel Aufwand und ohne hohe Kosten. Denn ein AIM-Datarecording mit den dazu notwendigen Sensoren kostet keine 1500 € MyChron 3 gold.

AIM MyChron 3

AIM MyChron 3
AIM MyChron 3
Doppelten Erfolg stellen wir immer fest, wenn Daten von schnelleren Fahrern zum Vergleich zur Verfügung stehen: so wird beispielsweise im ADAC-Volkswagen Polo-Cup in allen Fahrzeugen seit 2004 ein AIM Datarecording vom Typ MyChron 3 XG-LOG eingesetzt und jedem Fahrer nach jeder Sitzung ein USB-Stick mit den eigenen Daten und mit denen eines der 5 schnellsten Fahrer übergeben. Damit weis auch der 25., wo er die Zeit liegen lässt. Zu guter Letzt steht ihm auch ein memotec-Mitarbeiter zur Verfügung, um die Daten gemeinsam zu analysieren, denn schließlich sollen die Fahrer auch lernen, mit den Daten selbstständig umzugehen. Das führt dann dazu, dass oftmals mehr als 20 Fahrer innerhalb von 101% der Bestzeit liegen. Und das, obwohl die Fahrer außer des 30 minütigen freien Trainings vor dem Zeittraining keinerlei Testmöglichkeiten haben und alle Autos technisch absolut identisch sind (auch das beweist das Datarecording immer wieder).

Der ADAC, Volkswagen und memotec demonstrieren damit, dass es sehr preiswert sein kann, Motorsport auf sehr hohem Niveau mit geringem finanziellen Aufwand zu betreiben. Im Polo-Cup entscheiden die Fahrer den Ausgang der Rennen, nicht die Techniker, Strategen oder Geldbeutel. Das XG-LOG ist das Spitzengerät in der My-Chron3 Familie von AIM und bietet im Cup-Polo aufgrund der Kompatibilität zum CAN-Bus fast 40 Kanäle für nicht einmal 2000 €.
Andy Meklau Motorrad Die beiden oberen Linien zeigen die Geschwindigkeit aus 2 Runden, die untere den Zeitverlust, wo und wieviel ADAC Volkswagen Polo Cup
Andy Meklau Vergleich der Geschwindigkeit ADAC Volkswagen Polo Cup

Suzuki Europe International hat die Superbikes von Andy Meklau und Markus Wegscheider seit 2004 mit AIM MXL bestückt. Dieses Datarecording lässt kaum Wünsche offen. Insbesondere sind die Fahrer von der guten Ablesbarkeit und der Zuverlässigkeit begeistert. Die Datentechniker schwören auf die einfache Handhabung des Systems und der AIM-Software RaceStudio2, und diejenigen, die es kaufen müssen, auf das gute Preis-Leistungsverhältnis. In diesen Maschinen werden auch Fahrwerks-, Motor- und Streckendaten erfasst.

Drack Evo 3

AIM Drack evo 3
AIM Drack evo 3
Bei Drack evo3 gibt es einheitliche Logger für Kart, Auto, Motorrad und Boot, egal wie die Drehzahl abgegriffen wird. Es gibt Logger mit 2, 4, 8 oder 13 analogen Eingängen. Durch modulare Erweiterungen lassen sich bis zu 113 analoge und 35 digitale Kanäle schaffen. Jeder Logger verfügt bereits ab Werk über zwei Beschleunigungssensoren und einen nicht-flüchtigen RAM-Speicher mit min. 2 MB, der sich bei den 8 und 13-Kanal-Loggern bis auf 32 MB aufrüsten lässt. Diese Geräte können bis zu 5000 Messungen pro Sekunde speichern, bis zu 1000 je Kanal. Es gibt Versionen mit Einzelbuchsen zum Anschluss der analogen Sensoren über gesteckte oder verschraubte Verbindungen oder mit fahrzeugspezifischem Kabelbaum und Bajonettstecker. Die Datenübertragung erfolgt per USB in weniger als 5 Sekunden (2 MB). Die wasserdichten Boxen können Daten vom CAN-Bus verarbeiten und haben integriert einen Akku mit Ladegerät. Geladen wird über die 12V-Steckdose im Transporter oder die Bordspannungsversorgung des Fahrzeugs. Derzeit stehen 4 verschiedene Displays zur Auswahl.

Das Funktionsprinzip ist denkbar einfach: eine Reihe von Sensoren wandelt physikalische Größen (z.B. Geschwindigkeit, Temperatur, Druck, Bewegung usw.) in elektrische Signale um, die von einem digitalen Recorder aufgezeichnet werden. Nach der Fahrt werden diese Daten auf den PC übertragen und dort auf verschiedenste Weise dargestellt: z.B. als Graphik (x/y - Diagramm, Balkendiagramm) als Tabelle oder als Simulation, in der zwei farbige Punkte die Rennstrecke in verschiedenen Runden umkreisen. In dieser Simulation lässt sich sogar die Schräglage von Motorrädern für jeden Punkt der Strecke anzeigen. Über mathematische Programme berechnet der PC die Radleistung des Fahrzeugs, zeigt an, in welchem Streckenabschnitt welcher Gang eingelegt war oder wie schnell der Fahrer wäre, wenn er in jedem Streckenabschnitt optimal fahren würde.

Über spezielle Funktionen kann das Fahrverhalten analysiert werden. Der Benutzer kann dazu eigene Formeln erstellen. Wem das noch nicht reicht, der kann seine Daten in Excel-Tabellen umwandeln oder in andere Programme exportieren. Aus den Daten einer Runde berechnet der PC den Streckenverlauf und erstellt eine farbige Streckenskizze, deren Segmente beliebig verändert werden können. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um eine Rundstrecke oder eine offene Strecke (z.B. Bergrennstrecke) handelt. In Verbindung mit den verfügbaren Diagrammen lassen sich so für jeden Punkt der Strecke die Messwerte für jeden Kanal ermitteln und anzeigen. Man kann auch die Daten von verschiedenen Runden, Tests, Fahrern, Fahrzeugen etc. in einem Diagramm darstellen und miteinander vergleichen.

Tabellen für Minimal- und Maximalwerte je Runde geben genauso Aufschluss über durchgeführte Änderungen wie Histogramme, die die Verteilung von Parametern innerhalb von Prozent- oder Zeitbereichen anzeigen. Die integrierten Analysefunktionen für Motor, Beschleunigung oder Gang informieren über die Performance von Motor und Getriebeübersetzung, die Längsbeschleunigung lässt auch ohne zusätzliche Sensoren eine exakte Bremspunktbestimmung zu, die erkennen lässt, ob der Fahrer wirklich zum richtigen Zeitpunkt bremst, und die Anzeige der Radleistung zeigt die Unterschiede zwischen den verschiedenen Motoren oder deren Komponenten auf. Selbst der Schlupf zwischen Reifen und Fahrbahn wird ermittelt.

AIM Drack evo 3
AIM Drack evo 3
Die Basiskits umfassen immer den Logger mit Eingängen und Sensoren für Drehzahl, Geschwindigkeit, 2 Beschleunigungen, Rundenzeit, Batteriespannung, Umgebungstemperatur und je nach Logger 2, 4, 8 oder 13 Analogeingänge, über die weitere Temperaturen, Bewegungen, Drücke, Kräfte oder der Puls des Fahrers erfasst und aufgezeichnet werden können. Im Lieferumfang ist neben der Software Race Studio ein Light-Dash enthalten.

Speziell für Cup-Tourenwagen und Marken-Formelautos haben wir besondere Kits zusammengestellt, die vor dem Hintergrund der Bescheidenheit auf überflüssige Details verzichten und ein außergewöhnliches Preis-Leistungsverhältnis aufweisen. Hier legen wir den größten Wert auf ein Maximum an Informationen für den Fahrer über sich selbst, denn die Sensoren zur Erfassung von Motor- oder Fahrwerksdaten sind teuer, in Cups meist überflüssig (kein Modifikationspotenzial durch "enges" Reglement) und spielen erst eine wichtige Rolle, wenn der Fahrer "fertig" ist und absolut fehlerfrei fährt.

Aber der Preis ist nicht alles. Derartig komplexe Systeme leben und sterben mit dem Service. Wir blicken auf ein viertel Jahrhundert Erfahrung im Umgang mit Messtechnik im Fahrzeug und an der Rennstrecke zurück. Diese Erfahrung fließt auch in die Entwicklungsabteilung von Aim ein, denn bevor dort entwickelt wird, hört man sich die Meinung aus Deutschland an.

Besonders effektiv sind die Anwenderschulungen, die in den Wintermonaten stattfinden. Hier werden die Datentechniker und unsere Kunden in kleinen Gruppen auf die Arbeit mit RaceStudio vorbereitet und lernen, wie die Komponenten richtig montiert werden, wie man das System konfiguriert oder wie die Messwerte zu interpretieren sind. Dieser Service ist sehr wichtig, denn jede Datenauswertungssoftware stellt hohe Anforderungen an den Benutzer, und nicht jeder Rennfahrer oder Schrauber ist Informatiker.

Aber nicht nur im Rennsport werden diese Systeme verwendet, sondern ebenso in den Entwicklungs- und Versuchsabteilungen der Fahrzeug- und Komponentenhersteller. So zählen z.B. fast alle Reifenhersteller und viele Autofirmen und deren Zulieferer in Deutschland zu unseren Kunden.

AIM MyChron light TG Log

AIM MyChron light TG Log
AIM MyChron light TG Log
Ein ganz anderes Beispiel sind Günther Knobloch und Robert Ulm, die im Team Yamaha-Sebring-Austria ebenfalls die IDM in der Klasse Superbike bestreiten. Das Team hat nicht die Ressourcen eines Werksteams, weder technisch noch finanziell, aber den Willen, den Fleiß und den Verstand, sich mit eigenen Mitteln nach vorne zu arbeiten. Die Jungs verfügen "nur" über je 2 TG-LOG für 550 € und fahren damit vielen Datarecordingmäßig besser ausgestatteten Fahrern kräftig um die Ohren. Knobi sagt: "Die Maschine ist gut genug, ich muss an mir arbeiten. Und dazu reicht das TG-LOG".

Wenn beim Fahrer nun nichts mehr zu holen ist, dann geht man auf das Fahrzeug los. Hier gibt es oft Einschränkungen durch das Reglement, aber das wiederum macht das Datarecording so wichtig, denn wenn man Sekunden sucht, reicht eine Stoppuhr, für Zehntel und Hundertstel braucht man den PC.

Je nach Klasse darf man am Motor in einem bestimmten Rahmen Änderungen vornehmen. Man muss jetzt nicht meinen, dass Leistung gleich Spritmenge ist, denn wie im richtigen Leben auch, sind nicht immer diejenigen die Leistungsfähigsten, die viel essen und trinken und vielleicht auch noch laut sind.

Wir setzen voraus, dass der Motor mechanisch in Ordnung ist (Kolbenspiel, Lagerspiel, Steuerzeiten, Ventiltrieb, Kanäle etc.) und haben nun 3 Schwerpunkte zu untersuchen, wo wir Leistung finden können:
  • Motortemperatur, vor allem bei Zweitaktern
  • Gemischbildung, Verbrennung, Zündzeitpunkt
  • Übersetzung
Die Motortemperatur kann mit Wasser-, Kerzen- und Öltemperaturfühlern überwacht werden, und man kann z.B. verschiedene Kühler probieren und sieht anhand der Motoranalyse im RaceStudio 2 sofort, was jede Maßnahme an Leistung und Drehmoment bewirkt.

Die Gemischbildung fängt in der Airbox an und hört im Auspuff auf. Neben dem Airboxdruck nehmen Ansaugluft- und Abgastemperatur, Gemisch (Lambda) und der Abgasgegendruck sehr viel Einfluss auf das Leistungsverhalten des Motors. Auch diese Sensoren helfen beim Optimieren, da der Effekt von Änderungen sofort sichtbar wird.

Wenn der Motor thermisch und verbrennungstechnisch perfekt ist und man die Leistungscharakteristik anhand der Motoranalyse kennt, muss nun lediglich eine entsprechende Übersetzung montiert werden, um richtig schnell zu werden.

Dann geht's ans Fahrwerk, eigentlich das komplexeste an Rennfahrzeugen, denn es gibt viele wichtige Parameter, die nicht sichtbar und nur mit viel Aufwand und Kosten messbar sind. Verwindungen im Rahmen z.B. Oftmals kann auch ein anderer Reifen das Fahrverhalten deutlich verbessern, weil er die Eigenschwingungen des Fahrzeugs besser kompensiert.

RaceStudio 2 Auswertung des Fahrers RaceStudio 2 Motoranalyse RaceStudio 2
Auswertung des Fahrers Auswertung des Motors Motoranalyse RaceStudio 2

In der Regel werden die Bewegungen der Stoßdämpfer aufgezeichnet und daraus berechnet RaceStudio 2 die Dämpfergeschwindigkeit und die Frequenz. Das Ergebnis wird als Frequenzdiagramm und Geschwindigkeitskennlinie für Zug- und Druckstufe dargestellt und entspricht dem Testergebnis auf einem Stoßdämpferprüfstand.

Auf die Möglichkeiten im aerodynamischen Bereich möchte ich hier nicht näher eingehen. Dafür aber noch auf ein einfaches Praxisbeispiel aus dem Kartsport

Die Möglichkeit, die Daten auf dem PC zu analysieren ist wesentlich effektiver als ein Drehzahlmesser mit Speicher, der nur den niedrigsten und höchsten Wert erfasst, denn nicht selten wird die Höchstdrehzahl mit frei durchdrehenden Rädern erreicht. Das gleiche gilt natürlich auch für die niedrigste Drehzahl, denn bei den meisten Karts wird dieser Wert beim Anbremsen erreicht und nicht beim Beschleunigen aus der langsamsten Ecke. Anhand einer Testrunde auf der Kartbahn in Jüterbog wollen wir die Möglichkeiten der einfachen Datenauswertung erläutern. Am Kart war ein AIM Drack evo3 mit Sensoren für Drehzahl, Vorderradgeschwindigkeit, Quer- und Längsbeschleunigung und Rundenzeit montiert.

Gerade die Strecke in Jüterbog ist dafür ein gutes Beispiel, weil die lange Gerade irgendwann einmal verlängert wurde und so ein Absatz entstand, an dem das Kart kurz abhebt und die Hinterachse durchdreht. Die Höchstdrehzahl in der Testrunde waren an dieser Stelle (bei 943,2 m) 19.128 rpm, im Diagramm 1 als peak zu erkennen. Doch beim genaueren Hinsehen im gezoomten Diagramm 2 stellt man fest, dass die schnellste Stelle (933,8 m) mit 121,2 km/h genau 9,6 m vor der Kante ist und mit ziemlich genau 18.000 rpm passiert wird. Diese Drehzahl hätte der normale Drehzahlmesser als max-Wert gespeichert, gäbe es danach diese Kante nicht. Jedoch wurde bereits 30 m vor dem Absatz leicht eingelenkt, wodurch man etwas speed verliert und fährt mit 119,7 km/h über die Kante.

Vielleicht noch ein paar Anmerkungen zum Thema Abtastraten

MyChron 3 gold Auto/Moto und MXL sind Geräte für den professionellen Motorsport und können mit entsprechend hohen Abtastraten (bis 200 bzw. 500 Messungen je Kanal pro Sekunde) arbeiten. Je höher die Abtastrate ist, desto besser wird das Signal aufgelöst und dargestellt.

Hier ein paar typische Abtastraten
Höchstgeschwindigkeit > 180 km/h
Geschwindigkeit 50 Hz
Drehzahl 20 Hz
Wassertemperatur 1 Hz
Gasgriff/Gaspedal 50 Hz
Abgastemperatur 20 Hz
Federweg 200 Hz
Lambda 20 Hz
Höchstgeschwindigkeit < 180 km/h
Geschwindigkeit 20 Hz
Drehzahl 20 Hz
Wassertemperatur 1 Hz
Gasgriff/Gaspedal 20 Hz
Abgastemperatur 20 Hz
Federweg 200 Hz
Lambda 20 Hz

Die Geräte mit niedrigen Abtastraten wie z.B. das TG-LOG oder die Kartversionen des MyChron 3 sollten deshalb auch nur in entsprechend langsamen Fahrzeugen eingesetzt werden.
 
Wir raten dringend davon ab, GPS-Geschwindigkeitssensoren mit weniger als 10 Hz zu benutzen, denn wenn man mit 288 km/h (80 m/s) fährt und (bei 4 Hz) nur alle 20 m eine Messung macht und speichert, dann kann man auch in die Glaskugel schauen.



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