التيليمتري وتدفق البيانات في الفورمولا 1
شارك هذه الصفحة
قياس الاتصال عن بعد في الفورمولا 1 هو تدفق بيانات يتدفق في الوقت الفعلي من سيارة السباق إلى جدار الصاديق والجراج؛ فمئات الحساسات الموجودة في السيارة تنقل كل شيء لمهندسيها، من معلومات السرعة والفرامل إلى ضغط الإطارات ومستوى الوقود وصحة المحرك، بدقة تصل إلى جزء من الألف من الثانية. في الفورمولا 1 الحديثة، فإن معظم الاستراتيجيات وأداء السائق والقرارات الفنية هي ثمرة سلسلة البيانات الخفية هذه.
أبرز النقاط
- تحمل سيارة الفورمولا 1 الحديثة في نهاية سباق واحدة أكثر من 250 حساساً .
- وتنقل السيارات ما يقرب من 1.1 مليون نقطة بيانات في الثانية ؛ وخلال عطلة نهاية سباق واحدة تتراكم تريليونات البايتات من البيانات لكل سيارة.
- في السباقات الأوروبية يبلغ زمن تأخر وصول البيانات إلى جدار الصاديق نحو 10-15 ميلي ثانية، بينما في السباقات البعيدة مثل أستراليا واليابان يصل إلى نحو 300-400 ميلي ثانية .
- وبفضل تحليل الدلتا، يستطيع المهندسون تحديد الوقت الذي خسره السائق في منعطف ما بدقة جزء من الألف من الثانية.
- في عام 1978، دخلت الفيزيائية د. كارل كيمبف، التي وظفتها فريق Tyrrell، التاريخ باسم من نقل قياس الاتصال عن بعد المسجل على شريط إلى الفورمولا 1.
أثناء مشاهدة سباق فورمولا 1 أمام الشاشة، هل فكرت يوم في هذا: كيف يعرف المهندسون في جدار الصاديق ما يحدث في إطارات السائق وكمية الوقود وما إذا كانت الفرامل على وشك النفاد قبل أن تكمل أنت تلك اللفة؟ الإجابة بكلمة واحدة: قياس الاتصال عن بعد. وحصدني، فبمجرد أن تلتفت إلى هذا الأمر لن تشاهد الفورمولا 1 بنفس العين مرة أخرى أبداً.
ما هو قياس الاتصال عن بعد وكم عدد الحساسات في السيارة؟
قياس الاتصال عن بعد، باختصار، يعني نقل جميع البيانات التي تجمعها سيارة الساق أثناء وجودها على المضمار إلى جدار الصاديق والجراج في الوقت الفعلي. الحساسات المنتشرة في السيارة من أسفلها إلى أعلاها تقيس كل شيء باستمرار وترسلها إلى الفريق عبر موجات الراديو. يمكنك اعتبار السيارة ليس مجرد مركبة، بل حزمة حساسات متحركة متصلة بحاسوب ضخم. بل إن المراجع العلمية تستخدم حتى تشبيه "الحاسوب الخارق المتحرك" في هذا الصدد.
فكم عدد الحساسات؟ تقول كريستين ستيفن، إحدى مهندسات التطوير الإلكتروني في Mercedes، إن السيارة تحمل في نهاية سباق عادية أكثر من 250 حساساً ؛ بينما ترفع بعض المصادر الحديثة هذا العدد إلى ما يزيد عن 300 . تنقسم الحساسات إلى ثلاث فئات رئيسية: التحكم والقياس والمراقبة. وحدة الطاقة والهيكل ونظام التعليق والإطارات والديناميكا الهوائية ووحدات تحكم السائق، كلها متصلة بهذه الشبكة. كما تفرض الاتحاد الدولي للسيارات (FIA) على الفرق نظاماً إلزامياً لمراقبة ضغط الإطارات (TPMS) بشكل مستمر؛ وفي الأجنحة وأرضية السيارة توجد حساسات تصوير حراري تقيس درجة حرارة سطح الإطار وتدهوره. أي أن معرفة ما يفعله الإطار لم تعد تعتمد فقط على "إحساس" السائق، بل تعرفه أيضاً الحساسات القادرة على "النظر" كما تفعل الكاميرات.
سرعات البيانات أيضاً ليست موحدة؛ فهي تتراوح من 1 هرتز إلى 1 كيلوهرتز. وعندما يتعلق الأمر ببيانات الاهتزاز، يمكن الوصول إلى 200 ألف عينة في الثانية. قائمة القنوات المراقَبة طويلة بشكل مذهل: السرعة، سرعات العجلات، زاوية المقود، الفرامل الأمامية والخلفية، توازن الفرامل، نقل الحركة (الجيربوكس)، دورات المحرك، ضغط الإطارات، DRS، وضع المحرك، عزم الدوران، الوقود، دلتا اللفة الأخيرة، قوى الطرد المركزي، القابض، القوة الهابطة (downforce)، الضغط الهيدروليكي وضغط الزيت، حرارة المحرك، ناقل الحركة، العادم... القائمة تطول أكثر، لكنك فهمت النقطة: كل ذرة في السيارة تتحدث.
كيف تخرج البيانات من السيارة وتصل إلى الجراج؟
تتصل الحساسات بوحدة التحكم الإلكترونية (ECU) في السيارة بشكل تناظري أو عبر خطوط ناقل بيانات CAN. وحدة ECU هي إنتاج قياسي وخاص لكل فريق؛ فشركة McLaren تصنعها وتستخدم جميع الفرق نفس العتاد. تقوم وحدة ECU بتشفير البيانات وإرسالها إلى الجراج عبر الهوائيات الموجودة في مقدمة السيارة. أما بعض البيانات فيتم جمعها بالطريقة التقليدية، أي عبر توصيل الكبل بالحاسوب المحمول في الـpit؛ ويسمى هذا offload، حيث يقومون بتنزيل البيانات الإضافية التي لا يستطيع البث المباشر حملها.
تصل البيانات المباشرة إلى حوالي 30 ميغابايت لكل لفة؛ ومع الـoffload في الـpit يمكن أن يتضاعف هذا المقدار مرتين أو ثلاث مرات. وفي إجمالي عطلة نهاية أسبوع سباق الجائزة الكبرى، نتحدث عن بضعة تيرابايتات لكل سيارة؛ وعند إضافة الفيديو يصبح هذا المقدار أكبر بكثير. في عطلة نهاية أسبوع جائزة المكسيك الكبرى 2022، تم نقل حوالي 11 تيرابايت من البيانات بين حلبة السباق والمصنع وحدها. وهناك أيضاً مسألة التأخير الزمني: في السباقات الأوروبية تصل البيانات إلى جدار الـpit خلال 10-15 مللي ثانية أما في السباقات البعيدة مثل أستراليا أو اليابان فترتفع هذه المدة إلى 300-400 مللي ثانية وهذا غير ملموس بالنسبة للبشر، لكن الفرق كبير بالنسبة للمهندسين الذين يعيشون على أجزاء الألف من الثانية. وبينما نتقدم، دعوني أشير إلى ملاحظة: بنية الاتصال عن بُعد (telemetri) نفسها مشتركة بين جميع الفرق؛ فهذا النظام الذي يوفر تغطية بنسبة 100% على الحلبة هو أحد الأمثلة النادرة على التعاون بين الفرق. أما في جانب التحليل، فمعظم الفرق تستخدم برنامج Atlas من شركة McLaren Applied.
كيف يتم اكتشاف الوقت المفقود في جولة التصفيات؟
جولات التصفيات هي اللحظة الأكثر إثارة في تحليل بيانات الاتصال عن بُعد. بمجرد نزول السائق من السيارة بعد الجولة، يغرق هو ومهندس الأداء معاً في الشاشات خلال تلك الفترة القصيرة بين الجولات. الهدف واحد: معرفة أين ضاع الوقت. الفريق الذي لا يجد 0.1 ثانية صباح السبت، يبدأ بعد الظهر من موقع أبعد على شبكة الانطلاق. فكيف يحدث هذا؟
الكلمة السحرية في الأمر هي الدلتا (delta). الدلتا تعني الفرق بين نقطتي بيانات؛ حيث يضعون بيانات لفتين أو سائقين فوق بعضهما ويصورون فرق الوقت بينهما على طول الحلبة. لنفترض أن سائقك يخسر 0.15 ثانية في المنعطف الرابع أمام زميله. تنظر إلى مخطط الدلتا وتتقصى القنوات الأخرى عند تلك النقطة: هل هناك مشكلة في ضغط الفرامل؟ هل غيّر السائق الخط قبل المنعطف؟ أم تأخر الانتقال على دواسة الوقود؟ يمكن تفكيك الأمر بدقة لحظياً. أما للمقارنة، فلا سبيل غير الرفيق؛ فجولات السنوات الماضية، أو الجولات المحاكاة، أو أفضل جولات السائق نفسها كلها مطروحة على الطاولة.
وهناك أيضاً تحليل القطاعات. فمن خلال دمج أفضل أوقات السائق في القطاعات S1 وS2 وS3 تظهر أسرع لفة نظرية. والفرق الكبير بين اللفة الفعلية واللفة النظرية يشير إلى إمكانات لم تُستغل بعد في السيارة. كما يمكن قراءة اختلال توازن الإعداد بملاحظة القطاعات التي يكون فيها السائق سريعاً وفي أيها بطيئاً؛ فمثلاً إذا كانت الأقسام عالية السرعة جيدة لكن التعامل مع المنعطفات ناقصاً، يصبح من السهل جداً فهم أين ينحرف توازن السيارة. وفي أمسيات الجمعة يراجع السائقون هذه البيانات أيضاً؛ وتتشكل تكتيكات التصفيات والسباق في تلك الليلة.
يوم السباق: كيف تحدد بيانات الوقود والإطارات الاستراتيجية؟
للاستراتيجية السباقية قراران جوهريان: متى تتم المحطة ولأي خلطة إطارات يتم الاختيار؛ هل الإطارات الصلبة أم المتوسطة أم اللينة؟ وخلف هذه القرارات يقف نمذجة بيانات متينة. يحسب الاستراتيجيون حمل الوقود الأمثل بالنظر إلى تخطيط الحلبة، وإيقاع السباق المتوقع، ومعدلات استهلاك الوقود. وفي بيئة يتغير فيها الجو والحلبة والمنافسون، يُحدَّث هذا الحساب باستمرار.
على صعيد الإطارات تصبح الأمور أكثر إثارة. في اللفات التدريبية تتابع الفرق عمر الإطارات، وتراقب استهلاك الوقود، وتجري محاكاة للسيناريوهات. خصوصاً الجري لمسافات أطول من 5 لفات تُقرأ كبروفة سباق فعلية: تُقارن منحنيات تدهور إطارات فريقين على نفس الخلطة وتُنمذج هل ستتم محطة واحدة أم محطتان. وكلما نفد الوقود وخفت وزن السيارة، قلّ تدهور الإطارات وارتفع الأداء؛ لذلك قد يصبح التقدم للهجوم في لفات السباق المتأخرة أمراً منطقياً. وبفضل القياس عن بُعد يستطيع المهندس أن يرى على الشاشة ما حدث قبل ثلاث لفات بينما السائق لم يشعر بعد بتآكل المكابح.
الأندر كت والأوفر كت والقرارات اللحظية على حائط المحطة
دعني أحكي لك عن الجزء المفضل لدي: الأندر كت. يعني دخول المحطة قبل منافسك بلفة واحدة، لتكون أمامه بخطط إطارات جديدة عندما يخرج. أما الأوفر كت فهو العكس تماماً؛ البقاء خارج المحطة وتسجيل لفات سريعة على الحلبة بعد دخول المنافس إليها. وأيهما أفضل يعتمد على بيانات تدهور الإطارات واحتمالية التجاوز على الحلبة. ولولا القياس عن بُعد لُتُركت هذه القرارات للغريزة تماماً. وعند وجود البيانات، يستطيع المهندس أن يُنمذج لحظة الأندر كت مسبقاً ويحسب اللفة الصحيحة تماماً. وإذا كان تآكل الإطارات قليلاً، قد تأتي على الطاولة أيضاً خطط جسورة مثل القيادة بعدوانية في اللفات الأخيرة بينما يحافظ المنافس على إطاراته.
وحائط المحطة في هذه الأثناء ليس بلا عمل؛ يراقب المهندسون القياس عن بُعد في الوقت الفعلي ويوجهون الاستراتيجية. والذكاء الاصطناعي أصبح أيضاً حاضراً على الطاولة؛ فهناك دراسات تحليل تنبؤي تهدف إلى الإنذار المبكر بالأعطال الميكانيكية اعتماداً على بيانات المستشعرات. إضافة إلى ذلك، على جانب الناقلين، تعمل أنظمة تحليل تتنبأ بظروف الحلبة وحالة الطقس واستراتيجيات المنافسين ببيانات في الوقت الفعلي وتقدم للمشاهدين ترتيبات بصرية أيضاً على تدفق البيانات نفسه. أي أن تلك الرسومات الأنيقة التي تراها على شاشة التلفزيون هي أيضاً من صنع المستشعرات ذاتها.
جانب المصنع: غرفة القيادة المركزية وسلسلة البيانات
قياسات التيليمتري لا تقتصر على الحلبة؛ فهي الحلقة الأولى من سلسلة ضخمة تمتد من الحلبة إلى المصنع. من المستشعرات في السيارة إلى وحدة ECU، ومن هناك تُشفَّر وتُرسل إلى الصناديق، ثم إلى المرآب وأخيرًا إلى المصنع. في جانب المصنع، تُعالَج البيانات على جهاز الدينامومتر، وفي المحاكيات، وأقسام الديناميكا الهوائية، وفي النفق الهوائي. أي أن اهتزازًا يقاس على الحلبة صباح السبت يمكن أن يتحول خلال الأسبوع إلى تصميم قطعة جديدة في المصنع.
حتى على الحلبة التسلسل الهرمي واضح. في مثال مرسيدس، هناك خمسة أدوار هندسية رئيسية لكل سيارة: مهندس السباق (Race Engineer)، ومهندس الأداء (Performance Engineer)، ومهندس أنظمة التحكم (Controls Engineer)، وتخصصات أخرى مثل أداء المحرك (Engine Performance). وكل واحد منها مسؤول عن شريحة مختلفة من بيانات التيليمتري. مدخلات السائق أي الفرامل والوقود وزاوية التوجيه والأزرار على عجلة القيادة، وبيانات مستشعرات الديناميكا الهوائية، وقيم الحرارة والضغط لوحدة الطاقة، كلها تتدفق إلى هذه الفرق.
أما غرف "Mission Control" في المصنع فهي الجسر بين الحلبة ومهندسي التصميم. هذه الغرف، التي تضم أيضًا فريق الاستراتيجية، كما هو الحال في مركز ماكلارين التكنولوجي (McLaren Technology Centre) أو في أستون مارتن، تتابع تدفقات البيانات والمحاكايات مباشرة حتى من مسافة آلاف الكيلومترات عن حلبة السباق. أثناء سير السباق، يستطيع مهندس في المصنع أن ينظر في نفس اللحظة إلى الرسم البياني نفسه الذي ينظر إليه زميله على جدار الصناديق. هذا مذهل، أليس كذلك؟
هل البيانات كل شيء؟ العامل البشري
حسنًا، كل شيء يظهر على الشاشة، لكن الآلة لا تجيب عن كل شيء. يستطيع المهندسون ذوو الخبرة تجاوز النموذج عندما يتعلق الأمر بمعلومات سياقية لا تستطيع المحاكاة التقاطها. إحساس السائق بالإطارات هو أفضل مثال على ذلك؛ حتى لو كانت الشاشة تقول "الإطار بحالة جيدة"، يمكن للسائق أن يقول "ضبط الجناح الخلفي مثالي بالنسبة لي"، وهذا التفضيل الذاتي لا يمكن محوه أو تجاهله بالبيانات. الفورمولا 1 لا يزال عملًا مشتركًا بين الإنسان والآلة؛ فالبيانات مساعد قوي، لكن لا يزال هناك إنسان جالسًا خلف المقود.
نبذة تاريخية قصيرة عن التيليمتري: من 1978 حتى اليوم
بدأ كل شيء بشكل متواضع نسبيًا. في عام 1978، ضم كين تيريل (Ken Tyrrell) الفيزيائي الأمريكي الدكتور كارل كيمبف (Karl Kempf) إلى الفريق. نقل كيمبف إلى الفورمولا 1 طريقة التيليمتري المسجلة على شريط مغناطيسي التي طوّرها في شركة Goodyear؛ حيث كانت تُسجَّل السرعة، وحركات نظام التعليق، والقوى الاتجاهية، والوقود والفرامل عبر المستشعرات. تخيّل كم كان الأمر مرهقًا؛ فحتى إضافة معالج دقيق كان في تلك الفترة أمرًا مربكًا بسبب مشاكل التشويش الكهربائي والاهتزازات.
ثم دخلت الحواسيب على الخط وتغير كل شيء. أصبحت البيانات أكثر دقة، وتقلصت المستشعرات وازداد عددها؛ وساهم قياس الاتصال عن بُعد (تيليمتري) بشكل مباشر في النمو الأسي لتكنولوجيا السباقات. أما اليوم فقد وصل الأمر إلى نقطة أصبحت فيها الآلة شبه مثالية واستقر التطور على هضبة. فكر في الأمر: من بضعة قنوات مسجلة على شريط في عام 1978، إلى 1.1 مليون نقطة بيانات في الثانية اليوم. هذه القفزة التي تحققت خلال ما يقرب من 50 عاماً حوّلت الفورمولا 1 من سباق سرعة خالص إلى سباق بيانات أيضاً. في المرة القادمة التي تشاهد فيها السباق أمام الشاشة، ألقِ نظرة على جدار الحظائر (البطريق)؛ سترى هناك لم تعد مجرد مهندسين مرتبكين، بل أشخاصاً يديرون عاصفة بيانات في الوقت الحقيقي.
المصادر
- Feature: Data and Electronics in F1, Explained!
- INSIGHT: The Trackside Engineers
- Formula One Telemetry: Explained
- How Data Works in Formula 1
- How Data Moves in Motorsport
- F1 race cars have 300 sensors
- F1 Race Charts Explained: Lap Times, Tyres & Telemetry
- How F1 Teams Use Telemetry, Control, and Analytics to Go Faster
- How Race Strategy Works In Formula 1
- A Look Inside a Formula One Team's Mission Control
- F1 Insights - AWS