IT9022390A1 - Apparecchiatura ad alta efficienza per rilevare parametri e tempi operativi di veicoli in corsa su un circuito - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione fa riferimento ad una apparecchiatura ad alta efficenza per rilevare parametri e tempi operativi di veicoli in corsa su un circuito .

E' ben noto che nello specifico campo di applicazione della presente invenzione si ha l'esigenza di avere in tempo reale informazioni sui tempi di percorrenza parziali e totali di un veicolo in corsa.

Le difficoltà che sorgono per soddisfare tale esigenza sono particolarmente avvertite nel caso in cui su un medesimo circuito vi sia una molteplicità di veicoli concorrenti in una gara. Non è così semplice, infatti, identificare ciascun veicolo e registrare tutti i tempi di percorrenza del circuito.

Esistono comunque già alcune soluzioni proposte attualmente dalla tecnica nota per soddisfare la suddetta esigenza; tuttavia, esse non si sono dimostrate dei tutto soddisfacenti.

Ad esempio, sono note apparecchiature e sistemi di rilevamento basati su fotocellule le quali sono collegate a personal computer tramite un cosiddetto doppino telefonico registrando il passaggio di ciascun veicolo.

Altre soluzioni prevedono l'impiego di un trasmettitore in radiofrequenza, installato a bordo di ciascun veicolo in corsa, ed un'unica antenna di ricezione interrata al di sotto della linea di traguardo del circuito.

Pur rispondendo parzialmente allo scopo, entrambe le precedenti soluzioni sono oramai divenute obsolete in quanto sono in grado di operare solo con un limitato numero di veicoli in corsa, in ogni caso, poi, le soluzioni tradizionali non consentono la trasmissione di parametri motoristici, elettrici o aereodinamici dei veicoli in corsa.

Inoltre, le apparecchiature utilizzate nei sistemi di rilevamento di tipo noto hanno ritmi di lavoro che vanno soggetti a molte interferenze dovute al volume di traffico delle trasmissioni di dati e per esse sono quindi richiesti pesanti interventi di manutenzione da parte di personale specializzato.

Vi è da dire poi che tali apparecchiature non sono fisse ma vengono installate temporaneamente su un circuito a seconda delle necessità e ciò comporta un notevole lavoro di messa a punto da parte di personale specializzato che viene impegnato per molte ore prima di ogni gara.

Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare una apparecchiatura, per rilevare in tempo reale parametri e tempi operativi di veicoli in corsa su un circuito, la quale abbia caratteristiche strutturali e funzionali tali da consentire di identificare facilmente qualunque veicolo in gara, rilevando nel contempo la velocità ed i tempi di percorrenza parziali e totali del circuito di ciascun veicolo.

Un altro scopo dell'invenzione consiste nel consentire la trasmissione ed il trattamento computerizzato dei dati di rilevamento inerenti ciascun veicolo.

Il problema tecnico è risolto da una apparecchiatura del tipo precedentemente indicato la quale è caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una stazione di rilevamento predisposta in un punto di detto circuito e strutturata per ricevere e trasmettere segnali in radiofrequenza da e verso una unità installata a bordo di ogni veicolo, detta stazione essendo inoltre dotata di mezzi elettronici convertitori di frequenza per trasmettere e modulare su un cavo coassiale a banda larga i segnali ricevuti.

In una forma preferita di realizzazione, ciascuna stazione di rilevamento comprende una antenna estesa trasversalmente al circuito. Inoltre, la stazione è suscettibile di emettere segnali in bassa frequenza e di ricevere nel contempo segnali in alta frequenza trasmessi da detta unità.

Le caratteristiche ed i vantaggi della apparecchiatura secondo l'invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

In tali disegni:

- la figura 1 mostra una vista schematica dell'apparecchiatura secondo l'invenzione;

- la figura 2 mostra una ulteriore vista schematica di un particolare dell'apparecchiatura di figura 1;

- la figura 3 mostra una vista schematica di un ulteriore particolare della apparecchiatura di figura 1. - la figura 4 mostra una vista schematica di una unità di elaborazione dati associata all'apparecchiatura di figura 1.

Con riferimento a tali figure, con 1 è globalmente e schematicamente indicata una apparecchiatura realizzata secondo l'invenzione per rilevare in tempo reale parametri e tempi operativi di veicoli 2 in corsa su un circuito, ad esempio autovetture da corsa.

Per circuito si intende genericamente una pista, un tracciato, oppure un percorso stradale chiuso, come ad esempio un autodromo, sul quale veicoli di vario genere possono sostenere prove di velocità e/o durata, nonché competere tra loro in una gara.

L'apparecchiatura 1 comprende una serie di unità operative strutturalmente indipendenti, ma interagenti tra loro.

Attorno al circuito sono ad esempio previste plurime stazioni 10 di rilevamento installate in posizioni predeterminate su un lato della pista. Una forma preferita di installazione prevede che vi siano almeno trentadue stazioni 10 attorno al circuito, poste ad esempio al di là della convenzionale sponda protettiva paraurti.

In figura 1 è mostrato un tratto 3 di circuito ad un lato 4 del quale vi sono due identiche stazioni 10 di rilevamento la struttura delle quali verrà descritta in dettaglio nel seguito.

A bordo di ciascun veicolo 2 è montata un'unità 5 rice-trasmittente suscettibile di ricevere e trasmettere dati in radiofrequenza da e verso ciascuna stazione 10.

In una forma preferita di realizzazione l’unità 5 è fissata al di sotto della scocca 6 del veicolo 2.

Ciascuna stazione 10 di rilevamento comprende un'antenna 8 estesa trasversalmente al circuito. Più in particolare, le antenne 8 sono interrate al di sotto della superficie della pista cosi che i veicoli 2 durante la traiettoria di percorrenza del circuito intersecano le antenne da una posizione ad esse sovrastante, come schematizzato in figura l.

E' prevista inoltre una struttura 15 di collegamento ad anello, o a segmenti di interconnessione, attraverso la quale tutte le stazioni 10 sono interconnesse con una unità centrale 12 di elaborazione dati la quale è destinata a fornire, per ciascun veicolo 2, tutte le informazioni inerenti i tempi di percorrenza parziali e totali del circuito.

La struttura 15 comprende vantaggiosamente un cavo coassiale a banda larga collegante tra loro le varie stazioni 10 all'unità centrale 12.

Viene ora descritto brevemente il metodo operativo dell'apparecchiatura secondo l'invenzione; più avanti tale metodo verrà descritto con maggiore dettaglio.

Quando uno dei veicoli 2 in corsa, secondo la propria traiettoria, passa al di sopra o in corrispondenza di una delle antenne 8, l'unità 5 rice-trasmittente rileva un segnale trasmesso dalla stazione 10. Preferibilmente, tale segnale è emesso con una frequenza di 153,6 KHz o di 143,6 kHz.

Il ricevimento di tale segnale induce l'unità 5 rice-trasmittente ad emettere a sua volta un segnale in radiofrequenza, quest’ultimo viene emesso su un'unica e predeterminata frequenza ldentificativa del veicolo nella banda di 1,2 GHz.

La stazione 10 rileva il segnale di ritorno tramite la medesima antenna 8.

Attraverso una conversione di frequenza la stazione di rilevamento trasmette all'unità 12 centrale i segnali ricevuti. La trasmissione si avvale del cavo 15 coassiale a banda larga che collega tra loro tutte le stazioni io di rilevamento.

Le informazioni ricevute dall'unità 12 centrale sono elaborate per ottenere il parametro tempo in cui un veicolo 2 è passato in corrispondenza di una predeterminata stazione 10.

Ora, con particolare riferimento all'esempio di figura 2, viene descritta la struttura di ciascuna stazione 10 di rilevamento.

Come già detto in precedenza, ogni stazione 10 comprende un'antenna 8 la quale è realizzata con un tratto di cavo 9 conduttore, piegato essenzialmente ad U, avente contrapposte estremità facenti capo ad una interfaccia 11. Il cavo 9 viene sepolto al di sotto della superficie della pista trasversalmente al senso di percorrenza di essa, mentre l'interfaccia 11 è alloggiata ed alimentata in un involucro a tenuta stagna collegato alla restante circuiteria della stazione 10 tramite un connettore multipolare.

L'interfaccia 11 incorpora circuiteria elettronica, non rappresentata in quanto convenzionale, per pilotare l'emissione in radiofrequenza dell'antenna 8 in asservimento a segnali FI, F2 di comando ricevuti su un morsetto 13 di ingresso. Un altro morsetto 13a di ingresso è previsto per ricevere segnali di test di funzionalità dell'antenna.

I segnali FI e F2 provengono da un oscillatore 7 a bassa frequenza, ad esempio un cosiddetto quarzo, installato nella stazione 10 e controllato ed alimentato tramite una linea bus a sei vie .

L'antenna 8 è così strutturata per poter emettere i segnali FI, F2 a due predeterminate frequenze: 153,6 kHz /- 100Hz e 143,6 kHz /- 100Hz.

L'antenna 8 riceve altresì segnali nella banda di 1,2 GHz. Per rilevare tali segnali è previsto un amplificatore 14 ad alta frequenza collegato a valle dell'interfaccia 11.

La stazione 10 comprende inoltre un miscelatore 16 avente un primo ingresso collegato all'uscita dell'amplificatore 14 ed un secondo ingresso ricevente un segnale prodotto da un oscillatore locale 17 operante a 1,1435 GHz . Il miscelatore 16 è destinato a convertire il segnale ricevuto nella banda di frequenza di 1,2GHz in un segnale utile per la trasmissione sul cavo coassiale 15.

Pertanto, la differenza tra i valori dei segnali ai rispettivi ingressi del miscelatore 16 viene indirizzata all'ingresso di un modulatore 20 inserito sul cavo coassiale 15 per consentire la trasmissione di dati verso l'unità centrale 12.

Il modulatore consente quindi di modulare il segnale all'uscita del miscelatore 16 in modo tale che ciascuna delle differenti stazioni 10 possa essere identificata dall'unita centrale 12 durante una trasmissione di dati. infatti, l'unica differenza tra le varie stazioni 10 è dovuta alla modulazione del segnale che da ciascuna di esse giunge all'unità centrale tramite il cavo 15 a banda larga.

La frequenza di lavoro del cavo 15 è compresa in una banda tra 71,750 MHz e 137,075 MHz. Di conseguenza, la frequenza portante identificativa di ciascun veicolo 2, emessa dalla corrispondente unità 5 rice-trasmittente , viene convertita attraverso il miscelatore 16 per consentirne la trasmissione lungo il cavo 15. La frequenza del segnale in uscita dipende quindi da.quale veicolo passa al di sopra dell'antenna 8.

Ad esempio, se ad veicolo è associata la frequenza portante di 1,215 GHz, la corrispondente portante sul cavo a banda larga sarà di 71,75 MHz. Analogamente, ad un secondo veicolo avente frequenza identificatrice di 1,2155 GHz corrisponderà a valle del miscelatore 16 una frequenza di 72,25 MHz.

Ad ogni modo la modulazione di frequenza con cui vengono trasmessi questi segnali sul cavo 15 consente all'unità centrale 12 di individuare anche la stazione 10 emittente.

L'impedenza d'uscita verso il cavo coassiale del modulatore 20 è stata scelta a 75 R in modo tale che quando l'unità 5 del veicolo si trova a 500 millimetri al di sopra dell'antenna 8 il segnale ricevuto dall'unità centrale ha un livello inferiore o uguale a -20 dBm.

Eventuali altri servizi per i quali può essere utilizzato il cavo 15 non interferiscono con la banda impiegata per le misure di cui sopra.

Per completezza di descrizione occorre dire che la stazione 10 è installata in un involucro a tenuta avente un grado di protezione di IP65 ed è suscettibile di operare in un campo di temperature tra -25 °C e 50 °C. La circuiteria elettronica è alimentata con una tensione variabile tra i 37 ed i 65 volt, a 50 Hz, derivata dal cavo coassiale stesso.

Direttamente cooperante con la stazione 10 di rilevamento, l'unità 5 rice-trasmittente è mostrata nel dettaglio in figura 3.

Essa è elettricamente alimentata, in modo di per sè convenzionale, tramite batterie residenti ma è prevista anche la possibilità di alimentarla tramite l'abituale batteria montata a bordo del veicolo.

Tale unità 5 comprende un ricevitore 30 di segnali in radiofrequenza avente un primo avvolgimento sintonizzato sulla frequenza di 153,6 kHz ed un secondo avvolgimento sintonizzato a 143,6 kHz.

A valle del ricevitore 30 è collegato un rilevatore-amplificatore 21 il quale ha uscita collegata ad una porzione circuitale 40 di controllo.

Nella porzione 40 è previsto da una parte un rilevatore di soglia 22, avente ingresso collegato all'uscita dell'amplificatore 21. Dall'altra parte, l'uscita dell'amplificatore 21 è collegata all'ingresso di un amplificatore differenziale 23 con un associato comparatore 24.

Le rispettive uscite del rilevatore di soglia 22 e del comparatore 24 sono collegate a corrispondenti ingressi di una porta logica 25 di tipo AND la quale pilota, attraverso una propria uscita 26, un trasmettitore 27 ad alta frequenza suscettibile di emettere segnali nella banda di 1,2 GHz tramite un'antenna 31.

Più in particolare, la banda di frequenza allocata per questa trasmissione va da 1,215 GHz a 1,280325 GHz, in tal modo è possibile associare ad ogni veicolo una predeterminata frequenza di identificazione.

A titolo di esempio, ad un primo veicolo può essere associata una frequenza di 1,15 GHz, al secondo veicolo un'altra frequenza di 1,2155 GHz distanziata dalla precedente di 625 kHz.

Pertanto, selezionando frequenze separate da 500 kHz o 625 kHz è possibile identificare, nella banda sopra indicata, anche più di cento veicoli in competizione su un medesimo circuito.

L'unità 5 è corredata altresì con un discriminatore 28 di frequenza collegato all'uscita del ricevitore 30 e destinato a produrre un segnale U1 Indicativo del fatto che il veicolo è transitato al di sopra di una antenna 8. Un secondo segnale U2 prelevato all'uscita della porta AND 25 indica quale antenna 8 è stata oltrepassata.

Questi segnali U1, U2 sono indirizzati su un connettore seriale 29 il quale è collegato ad una coppia di ingressi del trasmettitore 27 per fornire dati ed un impulso temporizzatore qualora l'unità 5 venga utilizzata per trasmissioni telemetriche a 256 kbaud.

Quando il ricevitore 30 rileva il segnale a 153,6 kHz o a 143,6 kHz emesso dall'antenna 8 il trasmettitore 27 viene attivato per emettere una portante nella banda di 1,2 GHz in concomitanza con il picco di ampiezza del segnale ricevuto.

L'unità 5 è progettata per poter trasmettere dati in formato telemetrico attraverso un opportuno modulatore .

Il compito del rilevatore di soglia 22 è quello di definire un livello di segnale minimo al di sopra del quale attivare il trasmettitore 27. Parallelamente, il picco del segnale rilevato viene identificato dall'amplificatore 23 con associato comparatore, in modo da poter individuare anche la frequenza di trasmissione del segnale ricevuto.

Il fatto che l'unità 5 venga montata al di sotto della scocca 6 del veicolo 2 consente che l'asse verticale di essa risulti sostanzialmente normale all’asse delle ruote del veicolo. In tal modo viene favorita la trasmissione in radiofrequenza tra l'unità 5 e l'antenna 8.

Ora, con particolare riferimento all'esempio di figura 4, viene descritta la struttura ed il funzionamento della unità centrale 12 facente capo alle varie stazioni 10 di rilevamento.

L'unità 12 riceve in ingresso un'estremità del cavo coassiale 15 a banda larga e, attraverso una conversione di frequenza con successiva amplificazione a frequenza intermedia operata da una interfaccia 33, mette a disposizione un segnale IF elettrico suscettibile di essere analizzato da un modulo 32.

I moduli 32 sono strutturalmente identici e due gruppi di cinquanta moduli ciascuno formano l'unità 12; ogni modulo essendo abbinato ad un veicolo in corsa.

Ciascun modulo 32 comprende un ricevitore 34 sintonizzato su una frequenza corrispondente a quella di un predeterminato veicolo 2. .Tale ricevitore 34 comprende un demodulatore 35 avente uscita collegata ad un microelaboratore 37 di tipo integrato operante sulla base di un impulso di temporizzazione CK.

E' prevista altresì una porzione circuitale 38 destinata ad analizzare lo spettro del segnale IF per consentire su un uscita 39 di identificare e demodulare eventuali trasmissioni telemetriche di dati destinate ad una unità esterna.

L'accoppiamento tra il demodulatore 35 ed il microelaboratore 37 prevede che il primo di tali componenti possa fornire su rispettive uscite un segnale digitale indicativo di quale delle stazioni 10 di rilevamento sta trasmettendo sul cavo coassiale 15, nonché quale segnale è stato rilevato al passaggio di un veicolo in corrispondenza di tale stazione.

Il microelaboratore provvede allora a fornire su un uscita 36. le precedenti informazioni in formato seriale RS232. In altre parole, ciascun modulo 32 produce in uscita una serie di informazioni digitali, preferibilmente in codice ASCII, inerenti un codice identificativo del veicolo, un codice identificativo della stazione 10 di rilevamento, nonché la conferma che quel veicolo ha passato quella stazione in un determinato istante di tempo.

Queste informazioni sono utilizzate da un elaboratore elettronico, non rappresentato in quanto convenzionale, al quale sono inviati i segnali in uscita da tutti i vari moduli 32 per calcolare tempi parziali e totali.

L'unità 12 centrale nel suo complesso è in grado di computare i tempi di percorrenza del circuito, parziali e totali, di almeno un centinaio di veicoli in competizione tra loro.

L'accuratezza della misura è dell'ordine del millesimo di secondo per veicoli aventi velocità massima prossima a 400 km/ora.

L'apparecchiatura secondo l'invenzione consente di identificare in tempo reale ciascun veicolo in corsa lungo il circuito rilevando nel contempo i tempi di percorrenza parziali e totali. Inoltre, risulta possibile trasmettere parametri motoristici, elettrici o aereodinamici provenienti da centraline interne al veicolo, da sensori o trasduttori.

Un grande vantaggio è dato dall'aver suddiviso il circuito con una pluralità di punti di rilevamento che consentono sostanzialmente di ricostruire la storia di gara di ciascun veicolo.

Un ulteriore vantaggio consiste nella possibilità corredare stabilmente un circuito con l'apparecchiatura secondo l'invenzione in modo tale da evitare onerose operazioni di installazione e messa a punto tipiche dei sistemi attualmente in uso.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura (1) ad alta efficenza per rilevare in tempo reale parametri e tempi operativi di veicoli (2) in corsa su un circuito, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una ·stazione (10) di rilevamento predisposta in un punto di detto circuito e strutturata per ricevere e trasmettere segnali in radiofrequenza da e verso una unità (5).installata a bordo di ogni veicolo (2), detta' stazione essendo inoltre dotata di mezzi elettronici (16,20) convertitori di frequenza per trasmettere e modulare su un cavo coassiale (15) a banda larga i segnali ricevuti .
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna stazione (10) comprende un antenna (8) estesa trasversalmente al circuito.
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascuna antenna è interrata al di sotto della superficie del circuito.
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascuna antenna (8) comprende un tratto di cavo (9) conduttore, piegato essenzialmente ad U, avente contrapposte estremità facenti capo ad una interfaccia (11) di pilotaggio/ricezione .
5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta stazione (10) comprende un oscillatore (7) a bassa frequenza collegato in ingresso ad una interfaccia (11) associata ad una antenna (8) e dal quale sono prelevati impulsi di pilotaggio dell'interfaccia per trasmettere in radiofrequenza in almeno due distinte frequenze.
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione b, caratterizzata dal fatto che dette distinte frequenze sono di 153,6 kHz e 143,6 kHz.
7. 7 . Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere una antenna (8) rice-trasmittente, una interfaccia (11) associata all'antenna, un amplificatore (14) ad alta frequenza collegato a valle dell'interfaccia, un miscelatore (16) di segnale avente un ingresso collegato all'uscita dell'amplificatore (14) ed un secondo ingresso ricevente un segnale prodotto da un oscillatore (17), nonché un modulatore (20 ) inserito su detto cavo coassiale (15) e pilotato dall'uscita del miscelatore (16).
8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i segnali ricevuti e trasmessi da e verso detta unità sono rispettivamente n a