Pillole di tecnologia: la piattaforma inerziale 1 

La piattaforma inerziale nasce per la navigazione aerea e serve per stimare la posizione, la velocità, le accelerazioni e l'orientamento di un veicolo SENZA la necessità di riferimenti esterni. È importante specificare questo punto perché questi sistemi sono nati decine di anni fa per la guida dei missili che una volta lanciati erano isolati dal mondo,  non ricevevano più informazioni sulla loro posizione rispetto all'ambiente ed avevano quindi bisogno di strumenti con cui calcolare dove erano e dove stavano andando. 

SENSORI FONDAMENTALI - Un esempio per semplicità: se un veicolo di qualsiasi natura parte in direzione nord ad altitudine costante con un velocità di 50km/h è abbastanza semplice stabilire che dopo 30 minuti di crociera si troverà 25km più  a nord rispetto al punto di partenza. Ma se il percorso è fatto di accelerazioni, frenate, cambi di direzione e, nel caso della navigazione aerea, cambi di quota, ecco che calcolare dove il veicolo si trova diventa estremamente difficile. Servono sensori che registrino quando il veicolo accelera o frena e quando cambia direzione, un computer poi integra istantaneamente queste informazioni e stima la posizione del veicolo. I sensori necessari sono quelli che permettono di descrivere il moto di un corpo rigido nello spazio, che ha sei gradi di libertà, il suo movimento può essere semplificato scomponendolo in tre traslazioni lungo una terna di assi ortogonali e tre rotazioni attorno agli stessi assi. Conoscendo istantaneamente questi valori e il punto di partenza si può sapere esattamente dove è il veicolo e cosa sta facendo. 

VEICOLO INDIPENDENTE - Certo adesso ci sono i GPS, anzi ci sono da anni e sono nati in ambito militare anche per poter guidare missili ed aerei, ma a parte che i satelliti non erano in grado di coprire con efficienza tutto il globo terrestre, in un ipotetico scenario di guerra non si poteva certo pensare di affidare il destino di armi tattiche a strumenti esterni che potevano essere distrutti o peggio ancora sabotati dal nemico. Un missile insomma, ma questo valeva anche per certi aerei spia, doveva poter volare in modo indipendente, ecco perché sono nate le piattaforme inerziali, all'inizio erano voluminosi strumenti, veri capolavori della meccanica di precisione, riservati all'ambito militare dove non si badava a spese, oggi si sono diffuse ampiamente, nelle competizioni motoristiche, nella produzione di serie ed anche nell'hobbistica. Si tratta di piccole scatolette, grandi come una scatola di cerini che costano pochi euro e che funzionano grazie all'elettronica dello stato solido, parliamo di MEMS Micro Electro-Mechanical Systems, insomma le nanotecnologie ormai sono una realtà. Una piattaforma inerziale rileva le accelerazioni, da cui si ricavano le velocità e gli spostamenti tramite componenti che si chiamano accelerometri, uno per ogni asse e le velocità di rotazione attorno agli stessi assi attraverso i cosiddetti giroscopi o sensori di velocità angolare al quarzo cristallino, dato che ogni sensore acquisisce valori su un determinato asse, è fondamentale la corretta installazione della piattaforma sul veicolo, l'orientamento degli assi non può assolutamente essere cambiato senza istruire l'elettronica. 

GPS? NON SEMPRE FUNZIONANO - Ritornando alle nostre moto, il concetto è simile: è vero che adesso ci sono i GPS, ma non è detto che funzionino sempre, in più solo certe informazioni riescono ad essere acquisiste dai satelliti: posizione, velocità (come direzione e valore assoluto), accelerazione longitudinale e trasversale ad esempio, ma alla moderna elettronica servono altre informazioni, serve sapere ad esempio quanto il veicolo sia inclinato su un lato se e quanto stia impennando, se e quanto stia derapando ed anche che tipo di sollecitazioni verticali stia incontrando lungo la marcia. 
Ovviamente per semplicità la terna di assi di riferimento è allineata agli assi principali del veicolo, l'asse X è quello longitudinale, con il “+” in avanti, l'asse Z è quello verticale rivolto verso l'alto, l'asse Y della terna destrorsa è quello trasversale con il “+” a destra. Le rotazioni attorno a questi assi prendono il nome dalla navigazione aerea: la piega della moto è detta “rollio” (roll in inglese), l'impennata è detta beccheggio (pitch), la sbandata è detta imbardata (Yaw).

DALLE AUTO - Ecco quindi che la piattaforma inerziale diventa indispensabile ma qui nasce un problema. Le moto tradizionalmente dal punto di vista tecnologico discendono dalle auto e man mano acquisiscono tecnologie nate per le quattro ruote. Non è stato un problema per l'iniezione elettronica o per l'ABS, ma un problemino con le piattaforme invece sussiste. Nelle competizioni si usano piattaforme inerziali comunemente dette a “sei assi” sono sistemi molto raffinati e molto costosi, ma in produzione per economizzare il più possibile si usano prodotti automotive,  piattaforme, passateci il temine, non “complete”. Nelle auto infatti non si utilizzano sei sensori, ma solo cinque: tre accelerometri e solo due giroscopi, perché le auto sbandano, si inclinano leggermente su un fianco, ma di impennare proprio non se ne parla, quindi due giroscopi sono sufficienti per acquisire tutte le informazioni che servono per gestire la dinamica di guida. 

PICCOLO LIMITE - Le prime moto dotate di piattaforma, moto attualmente in commercio, hanno quindi un piccolo limite, non è possibile determinare completamente il loro comportamento, comportamento che  in certe condizioni può solo essere approssimato. La piattaforma installata non ha gli assi coincidenti con quelli del veicolo ma viene montata ruotata lungo l'asse trasversale, in modo da approssimare con un solo giroscopio rollio e imbardata, stimando che la sbandata della moto sia praticamente nulla. Non è un caso quindi che quando Yamaha ha presentato la sua nuova R1 ha giustamente evidenziato la possibilità dei suoi controlli di gestire anche il controllo della sbandata, due anni fa era l'unica moto di serie dotata di piattaforma inerziale a sei assi: erano arrivati per primi, nella guerra dell'elettronica questa battaglia l'avevano vinta loro!