Từ năm 2022, Tyre Pressure Monitoring System - TPMS (hệ thống giám sát áp suất lốp) đã trở thành trang bị tiêu chuẩn của toàn bộ các đội đua F1. Thiết bị này do bf1systems - nhà sản xuất hàng đầu thế giới về các giải pháp điện tử, điện và vật liệu composite hiệu suất cao cung cấp. Thiết bị này chỉ có kích thước bằng một chiếc chìa khóa xe ô tô, nhưng lại cung cấp nhiều dữ liệu quan trọng cho các tay đua, đội ngũ kỹ thuật và FIA.
Hệ thống TPMS trong F1 dùng để làm gì?
TPMS là một thiết bị nhỏ gọn với kích thước chỉ 5x3x2 cm nhưng đóng vai trò như "người quan sát thầm lặng" mà các đội F1 dựa vào suốt tuần đua - từ buổi đua thử, vòng phân hạng đến cuộc đua chính.
Được gắn vào một ốc vít M5 duy nhất trên mỗi vành bánh xe, cảm biến này đo nhiệt độ và áp suất không khí bên trong lốp, cùng với nhiệt độ phần khung lốp.
Sẽ là khập khiễng nếu chỉ coi đây là một chiếc nhiệt kế thông thường. Thay vào đó, TPMS sử dụng camera hồng ngoại để vẽ nên bức tranh chi tiết về nhiệt độ bên trong lốp xe.
Dữ liệu thu được cho phép các đội đua theo dõi trực tiếp nhiệt độ lốp trên màn hình, qua đó xác định lốp đã đạt mức tối ưu để tạo độ bám hay chưa. Đây là cơ sở để họ biết chiếc xe đã sẵn sàng cho một vòng phân hạng tốc độ cao, đồng thời phát hiện sớm những dấu hiệu bất thường như lốp bị thủng.
Tại đường đua, các kỹ sư sử dụng dữ liệu này để biết liệu thiết lập xe có giúp lốp duy trì khoảng nhiệt độ tối ưu hay không, liệu nhiệt độ có quá thấp để dùng lốp hard (cứng), hay quá cao để dùng lốp soft (mềm), và liệu tay đua có đang đẩy lốp vượt quá giới hạn hay không. Dữ liệu tương tự cũng được truyền về nhà máy để phân tích sâu hơn về chiếc xe, cách vận hành và dự đoán chiến lược cho cuộc đua.
Ngoài cảm biến dùng trong ngày đua, bf1systems còn cung cấp một loại cảm biến tùy chọn gắn trực tiếp vào vành bánh xe để đo nhiệt độ tại năm điểm trải dài trên toàn bộ bề rộng vành. Loại cảm biến này được dùng trong các bài thử nghiệm phát triển (chứ không dùng vào chặng đua ngày Chủ Nhật) nhằm lập bản đồ mối quan hệ nhiệt lượng giữa nhiệt độ phanh, nhiệt độ vành và nhiệt độ khung lốp.
Các đội đua chủ động làm nóng phanh nhằm kiểm soát nhiệt độ vành xe và qua đó điều tiết nhiệt độ lốp. Loại cảm biến này giúp các kỹ sư xác định chính xác hiệu quả mà phương pháp can thiệp đó mang lại.
Ngoài ra, sản phẩm cảm biến độ ẩm bên trong lốp cũng đang được hãng đưa ra thị trường, giúp mở rộng hơn nữa khả năng thu thập và theo dõi dữ liệu.
Công nghệ được thiết kế để chịu đựng sự khắc nghiệt
Một chiếc xe F1 là nơi hội tụ những công nghệ kỹ thuật đỉnh cao và được thiết kế để chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt, và TPMS cũng không ngoại lệ.
Thực tế, thiết bị này được chế tạo để chịu được điều kiện khắc nghiệt còn vượt xa cả những gì diễn ra trên đường đua F1.
James Shingleton - giám đốc phát triển kinh doanh của bf1systems lấy một trong những siêu xe thương mại nhanh nhất từng được chế tạo làm ví dụ.
Ông nói: "Trên chiếc Bugatti Chiron khi chạy ở tốc độ tối đa hơn 480km/h, lực tác động thực tế lên cảm biến bánh xe là 3.500 G. Cảm biến chỉ nặng 30 gram được giữ bởi một bu-lông M5 duy nhất, nhưng lại chịu lực kéo tương đương khoảng 100 kg đang cố kéo nó văng khỏi bánh xe."
Đường đua F1 thì có phần "dễ chịu" hơn một chút.
Ông Shingleton cho biết hệ thống TPMS phải chịu "khoảng 2.500 G" bên trong bánh xe F1 - Ông nói: "Do đó lực này nhẹ hơn một chút."
Hệ thống TPMS có thể chịu được gia tốc hướng tâm tối đa lên tới 4.700 G, mang lại biên độ an toàn đáng kể trong hầu hết các ứng dụng trên siêu xe thương mại, ngoại trừ những trường hợp khắc nghiệt nhất.
Vỏ cảm biến được đúc bằng PEEK (polyether ether ketone) - một loại polyme cốt sợi thủy tinh được chọn riêng vì khả năng giữ vững kết cấu ở nhiệt độ cao thay vì bị mềm ra như nhựa thông thường. Các linh kiện điện tử bên trong được bọc kín hoàn toàn, không chỉ chống chịu được nhiệt độ, dung dịch vệ sinh phanh, nước và nhiệt độ lạnh khi vận chuyển bằng máy bay, mà còn chống mọi hành vi can thiệp trái phép.
Vấn đề bảo mật và vai trò của FIA
TPMS mới nhất của bf1systems hoạt động ở tần số 2.4 GHz, với dữ liệu truyền không dây từ cảm biến bánh xe đến ECU trên xe được mã hóa hoàn toàn. Sau khi tiếp nhận, dữ liệu được truyền qua CAN bus (Controller Area Network - mạng giao tiếp nội bộ) đến ECU (Engine Control Unit - "bộ não" của xe) tiêu chuẩn.
Các đội đua có thể truy cập một số kênh nhất định. FIA có thể truy cập các kênh khác được mã hóa riêng biệt nhằm xác minh tính chính xác và toàn vẹn của những thông số đang được đo lường. Tầm quan trọng của vấn đề này trở nên rõ ràng khi xét đến những lợi ích mà một đội đua về lý thuyết có thể đạt được nếu can thiệp vào dữ liệu.
Ở hầu hết các giải đua, áp suất lốp tối thiểu luôn được quy định bắt buộc. Shingleton cho rằng các đội đua thường muốn gian lận bằng cách chạy với mức áp suất thấp hơn quy định: "Họ có thể tìm cách can thiệp vào dữ liệu từ TPMS, thao túng rồi làm giả nó để trông như không có chuyện gì xảy ra."
Đó là một kịch bản giả định, nhưng không chỉ mang tính lý thuyết thuần túy. Vụ án truất quyền thi đấu của đội Meyer Shank Racing tại giải Daytona 24 Hours 2023 đã đưa vấn đề tính toàn vẹn của dữ liệu TPMS trở thành tâm điểm chú ý trên nhiều giải đua.
Kể từ đó, FIA, WEC, IMSA và DTM đều đã thắt chặt đáng kể các biện pháp bảo mật và mã hóa. Shingleton cho biết: "Tất cả giờ đây đều muốn nắm rõ chất lượng và tính toàn vẹn của dữ liệu."
