F1におけるテレメトリーとデータフロー

サーキットで勝つことはエンジニアリングの勝負です.なぜならF1マシンは毎秒110万のデータポイントでピットウォールに戦略を送り続けているからです.
サーキットで勝つことはエンジニアリングの勝負です.なぜならF1マシンは毎秒110万のデータポイントでピットウォールに戦略を送り続けているからです.

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F1におけるテレメトリーとは、レースマシンからピットウォールやガレージへリアルタイムで流れるデータの流れのことです.マシンに搭載された数百のセンサーは、速度やブレーキの情報に加えて、タイヤ空気圧、燃料残量、エンジンの健康状態などをすべて、千分の一秒の精度でエンジニアに伝えます.現代のFormula 1では、戦略、ドライバーのパフォーマンス、技術的な決定の多くが、この見えないデータチェーンの産物です.

ハイライト

  • 現代のF1マシンは、レースウィークエンドに 250以上のセンサー を搭載しています.
  • マシンは毎秒約 110万のデータポイント を送信しており、1つのウィークエンドでマシンあたりテラバイト規模のデータが蓄積されます.
  • ヨーロッパでのレースでは、ピットウォールへのデータ到達の遅延は 10~15ミリ秒、オーストラリアや日本などの遠隔地のレースでは 300~400ミリ秒 ほどです.
  • デルタ分析のおかげで、エンジニアはドライバーがコーナーで失った時間を千分の一秒の精度で解析できます.
  • 1978年にTyrrellが採用した物理学者のDr. Karl Kempfは、テープ記録式のテレメトリーをF1に持ち込んだ人物として歴史に名を刻んでいます.

テレビでF1レースを観ているとき、こんなことを考えたことはありませんか?ピットウォールのエンジニアは、ドライバーがそのラップを終える前に、タイヤに何が起きているのか、燃料があとどれくらいか、ブレーキが限界に近いかどうかを、どうやって知っているのか?答えはひとこと、テレメトリーです.そして信じてください、この仕組みを一度覗いてしまえば、F1を二度と同じ目で観ることはできなくなります.

テレメトリーとは何か、マシンには何個のセンサーがあるのか?

テレメトリーとは、簡単に言えば、レースマシンがトラック上で収集したすべてのデータを、ピットウォールとガレージにリアルタイムで伝送することです.マシンの下から上まで張り巡らされたセンサーは、あらゆるものを継続的に測定し、それを電波でチームに送信しています.マシンは乗り物というよりも、巨大なコンピュータに接続された動くセンサーの塊と考えることができます.この点については、専門文献でも「動くスーパーコンピュータ」という例えが使われています.

では、センサーはいくつあるのか? Mercedesの電子開発エンジニアのひとりであるChristine Stevenによると、平均的なレースウィークエンドにはマシンに 250以上のセンサー が搭載されているといい、最近の情報源の中にはこの数を 300以上 としているものもあります.センサーは制御、計測、監視という3つの大きなカテゴリーに分けられます.パワーユニット、シャシー、サスペンション、タイヤ、空力、ドライバーのコントロールはすべてこのネットワークに接続されています.さらにFIAは、タイヤ空気圧を継続的に監視するTPMSシステムをチームに義務付けています.また、ウイングや床面には、タイヤの表面温度とタイヤの劣化を測定するサーマルイメージングセンサーが備わっています.つまり今や、タイヤの状態を知るのはドライバーの「感覚」だけではなく、カメラのように「見る」ことができるセンサーも知っているのです.

データ速度も一定ではなく、1 Hzから1 kHzまで変化します.振動データの場合は毎秒20万サンプルに達することもあります.監視されるチャンネルのリストは驚くほど長く、速度、各ホイールの速度、ステアリング角、前後ブレーキ、ブレーキバランス、ギア、エンジン回転数、タイヤ空気圧、DRS、エンジンモード、トルク、燃料、最終ラップとの差分、遠心力、クラッチ、ダウンフォース、油圧とオイル圧、エンジン温度、トランスミッション、排気... リストはまだ続きますが、要旨は分かるでしょう.クルマの一つ一つの要素が語りかけているのです.

データはどのようにクルマからガレージへ届くのか?

センサーはアナログまたはCANバスラインを通じて車両のECUに接続されています.ECUは各チーム向けに標準と特殊な生産であり、McLarenが製造し、すべてのチームが同じハードウェアを使用しています.ECUはデータを暗号化し、車両前方のアンテナを通じてガレージへ送信します.一部のデータは従来の方法、つまりピットでケーブルによりラップトップと接続して収集されます.これはオフロードと呼ばれ、リアルタイム伝送で運べない余分なデータをこのようにしてダウンロードします.

ライブデータは1ラップあたりおよそ 30 MB 程度で、ピットでのオフロードによりこの量は2倍、3倍になることもあります.グランプリ週末全体では、車両あたり数テラバイトにのぼります.映像を含めるとさらに膨れ上がります.2022年メキシコGP週末には、サーキットとファクトリー間だけで約 11テラバイト のデータが転送されました.さらに遅延の問題もあります.ヨーロッパのレースではデータがピットウォールに 10-15 msで到達しますが、オーストラリアや日本のような遠方のレースではこの時間が 300-400 msに跳ね上がります.人間には感知できませんが、1秒の千分之一で作業するエンジニアにとっては大きな差です.先に進む前に一つ付記しておくと、テレメトリーインフラ自体は全チーム共通です.サーキット上で100%のカバレッジを提供するこのシステムは、チーム間協力の数少ない例の一つです.分析面では、多くのチームがMcLaren AppliedのAtlasソフトウェアを使用しています.

予選で失われた時間はどうやって見つけるのか?

予選はテレメトリー分析が最もエキサイティングになる瞬間です.ドライバーは走行を終えるとすぐ、走行間の短い時間にパフォーマンスエンジニアと共に画面に向かいます.目的はただ一つ、どこで時間を失ったかを見つけることです.土曜の午前中に0.1秒を見つけられなかったチームは、午後にはグリッドで後ろからスタートすることになります.では、これはどのように行われるのでしょうか?

キーワードは デルタです.デルタとは2つのデータポイント間の差を意味し、2つのラップまたは2人のドライバーのデータを重ね合わせ、ラップ全体のタイム差を視覚化します.例えば、あなたのドライバーが4コーナーでライバルに対して0.15秒失っているとします.デルタグラフを見て、そこにある他のチャンネルを掘り下げます.ブレーキ圧に問題があるのか、ドライバーがコーナー前にラインを変えたのか、スロットルの開きが遅れたのか.瞬時に一つ一つ切り分けることができます.比較対象としてはチームメイトだけではありません.過去の年のラップ、シミュレーション走行、あるいはドライバー自身のベストラップも検討対象となります.

セクター分析もあります.ドライバーのS1、S2、S3でのベストタイムを組み合わせると、理論上の最速ラップが生まれます.実際のラップと理論ラップの大きな差は、車にはまだ使い切れていないポテンシャルが残っていることを示しています.どのセクターで速く、どのセクターで遅いかを見ることで、セットアップのアンバランスも読み取れます.例えば、高速区間は良好でもコーナリンググリップが不足している場合、車のバランスがどこに偏っているのかを理解するのが非常に容易になります.金曜の夜にはドライバーもこのデータを再度見直し、予選とレースの戦略がその夜に形作られます.

レースデイ: 燃料とタイヤのデータはどう戦略を決めるのか?

Yakıt bittikçe araç hafifler, lastik daha az bozulur; F1'de strateji, sensörlerin bozulma eğrilerini okuyan mühendislerin tek stopla mı iki stopla mı kazanacağına dair kurduğu modellerde gizlidir.

レース戦略には2つの中核的な決定があります.いつピットストップを行うか、そしてどのタイヤコンパウンドを選ぶか.ハードか、ミディアムか、ソフトか.これらの決定の背後には、堅牢なデータモデリングがあります.ストラテジストはコースレイアウト、予想されるレースペース、燃料消費率に基づいて最適な燃料搭載量を計算します.天候、コース、そしてライバルが変わりうる環境の中で、この計算は絶えず更新され続けます.

タイヤの面では話がもっと面白くなります.プラクティスランでは、チームはタイヤの寿命を追跡し、燃料消費を監視し、シナリオシミュレーションを実行します.特に5周を超えるランは、まさにレースのリハーサルとして読まれます.同じコンパウンドで2つのチームの劣化曲線を比較し、1回のストップにするか2回にするかをモデル化します.燃料が消費されて車が軽くなるにつれ、タイヤの劣化も減り、パフォーマンスが向上します.そのため、レース後半の周回で仕掛けることが理にかなう場合があります.テレメトリーのおかげで、ドライバーがブレーキの摩耗をまだ感じていないうちから、エンジニアは3周前に何が起きていたかを画面で確認できます.

アンダーカット、オーバーカット、そしてピットウォールでの瞬時の決定

私の一番好きな部分を紹介しましょう.アンダーカットです.ライバルより1周早くピットに入り、フレッシュタイヤで相手が出てきたときに前方に立つということです.オーバーカットはその逆で、ピットに留まり続け、ライバルがピットに入った後にコース上で高速ラップを刻みます.どちらが有利かは、タイヤの劣化データとコース上でのオーバーテイクの可能性次第です.テレメトリーがなければ、これらの決定は完全に直感に頼ることになったでしょう.データがあれば、エンジニアはアンダーカットのタイミングを事前にモデル化し、まさに正しい周回を計算できます.タイヤの摩耗が少なければ、ライバルがタイヤを守る中で終盤にアグレッシブに走るといった大胆な作戦も浮上します.

その間、ピットウォールは空っぽではありません.エンジニアたちはテレメトリーをリアルタイムで監視し、戦略を導いています.人工知能もすでにテーブルにあります.センサーデータから機械的な故障を事前に察知することを目的とした予測分析の取り組みが存在します.さらに放送側でも、リアルタイムデータをもとにコース状況、天候、ライバルの戦略を予測し、視聴者に視覚的な順位表示を提供する分析システムが、このデータフローの上で動作しています.つまり、あなたがテレビ画面で見るあの美しいグラフィックスも、同じセンサーの産物なのです.

ファクトリー側: ミッションコントロールとデータチェーン

テレメトリーはサーキットだけのものではありません.サーキットから工場まで続く巨大なチェーンの最初の環なのです.車のセンサーからECUへ、そこから暗号化されてピットへ、そしてガレージを経て最終的に工場へとデータが流れます.工場側では、データがダイナモメーター、シミュレーター、空力部門、風洞で処理されます.つまり、土曜の朝にサーキットで測定された微細な振動が、平日に工場で新しい部品の設計に変わることもあるのです.

サーキットでもヒエラルキーは明確です.メルセデスの例では、車両ごとに5つの重要なエンジニアリング役割があります.Race Engineer、Performance Engineer、Controls Engineer、Engine Performanceといった専門性です.それぞれがテレメトリーの異なる部分を担当しています.ドライバーの入力、つまりブレーキ、スロットル、ステアリング角、ステアリング上のボタン、空力センサーデータ、パワーユニットの温度・圧力値は、すべてこれらのチームに流れていきます.

工場にある「Mission Control」ルームは、サーキットと設計エンジニアを結ぶ架け橋です.戦略チームも収容するこれらのルームは、McLaren Technology CentreやAston Martinの場合と同様に、レースサーキットから何千キロも離れた場所からでも、データの流れとシミュレーションをリアルタイムで追跡しています.レースが走行中の間も、工場のエンジニアはピットウォールにいる同僚と同時に同じグラフを見ることができるのです.すごいと思いませんか?

データがすべてなのか? 人間の要因

確かにすべては画面上にありますが、マシンがすべての答えを持っているわけではありません.経験豊富なエンジニアは、シミュレーションでは捉えられない文脈的な情報が関わる場合、モデルを無効化することができます.ドライバーのタイヤに対する感覚がその最良の例です.画面が「タイヤは良好」と示していても、ドライバーは「リアウィングのセッティングは自分にとって完璧」と言うことができ、この主観的な好みはデータによって消し去られることはありません.F1は今なお人間とマシンの共同作業です.データは強力なアシスタントにすぎず、ステアリングを握っているのは今なお人間なのです.

テレメトリーの簡単な歴史: 1978年から今日まで

すべては比較的控えめな形で始まりました.1978年、ケン・ティレルはアメリカの物理学者Karl Kempf博士をチームに加えました.Kempfは、グッドイヤーで開発したテープ記録式のテレメトリー手法をF1に持ち込み、センサーによって速度、サスペンションの動き、方向別の力、スロットルとブレーキが記録されていました.どれほど手間がかかったか想像してみてください.当時はマイクロプロセッサを追加することさえ、電気ノイズと振動の問題のせいで大変な難事業だったのです.

その後コンピューターが登場し、すべてが変わりました.データはより正確になり、センサーは小型化して数を増やしました.テレメトリーはレーステクノロジーの飛躍的な発展に直接貢献しました.今日では、マシンはほぼ完璧な域に達し、発展はプラトーに達しています.考えてみてください.1978年にはテープに記録されたわずか数チャンネルのデータから、今日では毎秒110万のデータポイントへ.約50年で起きたこの飛躍により、F1は純粋な速度競争から同時にデータ競争へと変わりました.次のレースを画面で観戦するときは、ピットウォールに目を向けてみてください.そこにはもう困惑したエンジニアだけではなく、リアルタイムのデータの嵐を制御している人々が見えるはずです.

参考資料