Telemetria e flusso di dati in F1

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Nella F1, la telemetria è il flusso di dati in tempo reale che dalla vettura arriva al muretto dei box e al garage; le centinaia di sensori a bordo trasmettono agli ingegneri tutto, dai dati di velocità e frenata alla pressione degli pneumatici, al livello del carburante e allo stato di salute del motore, con una precisione di millesimi di secondo. Nella Formula 1 moderna, la strategia, le prestazioni del pilota e la maggior parte delle decisioni tecniche sono il prodotto di questa invisibile catena di dati.
In evidenza
- Una moderna vettura di F1 porta con sé in un weekend di gara più di 250 sensori .
- Le vetture trasmettono circa 1,1 milioni di punti dati al secondo ; nel corso di un weekend si accumulano terabyte di dati per vettura.
- Nelle gare europee il ritardo con cui i dati raggiungono il muretto dei box è di circa 10-15 millisecondi, mentre nelle gare lontane come Australia e Giappone è di circa 300-400 millisecondi .
- Grazie all'analisi delta, gli ingegneri possono ricostruire con precisione al millesimo di secondo il tempo perso da un pilota in una curva.
- Il fisico Dr. Karl Kempf, assunto dalla Tyrrell nel 1978, è passato alla storia come colui che portò la telemetria registrata su nastro nella F1.
Mentre guardi una gara di F1 davanti allo schermo, ti sei mai chiesto: come fanno gli ingegneri al muretto dei box a sapere cosa sta succedendo agli pneumatici del pilota, quanto carburante gli resta e se i freni stanno per esaurirsi, prima ancora che tu abbia finito di guardare quel giro? La risposta è una parola sola: telemetria. E credimi, una volta che ci hai dato un'occhiata da vicino, non guarderai più mai la F1 con gli stessi occhi.
Che cos'è la telemetria e quanti sensori ci sono sulla vettura?
La telemetria, in breve, significa la trasmissione in tempo reale al muretto dei box e al garage di tutti i dati raccolti dalla vettura in pista. I sensori distribuiti su tutta la vettura, dal fondo al telaio, misurano continuamente tutto e inviano queste informazioni al team tramite onde radio. Puoi pensare alla vettura non tanto come a un veicolo, ma come a un fascio di sensori in movimento collegato a un enorme computer. Addirittura, nella letteratura in materia viene usata la metafora del "supercalcolatore in movimento".
Quanti sensori ci sono, dunque? Christine Steven, una delle ingegneri di sviluppo elettronico della Mercedes, afferma che in un normale weekend di gara sulla vettura sono presenti più di 250 sensori ; alcune fonti recenti portano questa cifra oltre le 300 unità . I sensori si dividono in tre grandi categorie: controllo, strumentazione e monitoraggio. L'unità di potenza, il telaio, le sospensioni, gli pneumatici, l'aerodinamica e i comandi del pilota sono tutti collegati a questa rete. La FIA impone inoltre alle squadre un sistema TPMS obbligatorio che monitora costantemente la pressione degli pneumatici; sulle ali e sul fondo ci sono sensori di termografia che misurano la temperatura superficiale e la degradazione degli pneumatici. Cioè, ciò che fa lo pneumatico non lo "sente" più soltanto il pilota: lo sanno anche i sensori capaci di "vedere" come le telecamere.
Le velocità dei dati non sono uniformi; variano da 1 Hz a 1 kHz. Per quanto riguarda i dati delle vibrazioni si può arrivare fino a 200 mila campioni al secondo. La lista dei canali monitorati è incredibilmente lunga: velocità, velocità delle ruote, angolo dello sterzo, freno anteriore e posteriore, bilanciamento dei freni, marcia, regime del motore, pressione degli pneumatici, DRS, modalità del motore, coppia, carburante, delta dell'ultimo giro, forze centrifughe, frizione, carico aerodinamico, pressione idraulica e dell'olio, temperatura del motore, trasmissione, scarico... La lista continua ma hai capito il punto: ogni singola particella dell'auto parla.
Come i Dati Escono dall'Auto e Arrivano al Box?
I sensori sono collegati all'ECU del veicolo in modo analogo o tramite le linee CAN bus. L'ECU è una produzione standard e speciale per ogni team; la produce McLaren e tutti i team utilizzano lo stesso hardware. L'ECU cripta i dati e li invia al box tramite le antenne posizionate sul davanti del veicolo. Alcuni dati invece vengono raccolti con il metodo classico, cioè collegando un laptop con un cavo nel box; questo si chiama offload e in questo modo scaricano i dati extra che la trasmissione in tempo reale non riesce a trasportare.
I dati in tempo reale sono di circa 30 MB per giro; con l'offload nel box questa quantità può raddoppiare o triplicare. Nel totale di un weekend di Gran Premio parliamo di diversi terabyte per veicolo; quando si include il video questa quantità cresce ancora. Nel weekend del GP del Messico 2022 sono stati trasferiti circa 11 terabyte di dati solo tra pista e fabbrica. C'è anche la questione della latenza: nelle gare europee i dati arrivano al muretto dei box in 10-15 ms mentre nelle gare lontane come Australia o Giappone questo tempo sale a 300-400 ms. Per un essere umano è impercettibile ma per gli ingegneri che lavorano con millesimi di secondo la differenza è grande. Proseguendo, annoto questo: l'infrastruttura di telemetria in sé è comune a tutti i team; questo sistema che offre una copertura al 100% sulla pista è uno dei rari esempi di collaborazione tra team. Sul lato analisi, la maggior parte dei team utilizza il software Atlas di McLaren Applied.
Come si Trova il Tempo Perso nella Sessione di Qualifica?
Le sessioni di qualifica sono il momento in cui l'analisi della telemetria è più emozionante. Appena il pilota scende dalla vettura, in quel breve intervallo tra le sessioni, si tuffano insieme sull'ecran con l'ingegnere delle prestazioni. L'obiettivo è uno solo: trovare dove si è perso il tempo. Il team che sabato a mezzogiorno non trova 0,1 secondi, nel pomeriggio parte più indietto sulla griglia. Ma come si fa?
La parola magica del lavoro è delta. Delta significa la differenza tra due punti dati; sovrappongono i dati di due giri o di due piloti e visualizzano la differenza di tempo lungo tutta la pista. Supponiamo che il tuo pilota perda 0,15 secondi alla curva 4 rispetto al compagno di squadra. Guardi il grafico del delta e analizi gli altri canali in quel punto: c'è un problema nella pressione dei freni, il pilota ha cambiato la traiettoria prima della curva, il passaggio di gas è ritardato? Si può analizzare punto per punto all'istante. Per il confronto non c'è una sola via: il compagno di squadra; anche i giri degli anni passati, le sessioni simulate o i migliori giri dello stesso pilota sono sul tavolo.
C'è anche l'analisi dei settori. Unendo i migliori tempi del pilota in S1, S2 e S3 si ottiene il giro teorico più veloce. Una grande differenza tra il giro reale e il giro teorico indica un potenziale ancora inutilizzato dell'auto. Osservando in quali settori il pilota è veloce e in quali è lento si può anche leggere uno squilibrio del setup; ad esempio, se le sezioni ad alta velocità vanno bene ma la tenuta in curva è carente, diventa molto facile capire verso dove si è spostato l'equilibrio dell'auto. Il venerdì sera anche i piloti rivedono questi dati; la strategia di qualifica e di gara prende forma quella notte.
Giorno di Gara: Come i Dati su Carburante e Gomme Determinano la Strategia?

La strategia di gara ha due decisioni fondamentali: quando effettuare il pit stop e quale mescola di gomme scegliere; hard, medium o soft? Dietro queste decisioni c'è una solida modellazione dei dati. Gli strateghi calcolano il carico di carburante ottimale in base al tracciato, al ritmo di gara previsto e ai tassi di consumo di carburante. In un ambiente in cui il meteo, la pista e gli avversari possono cambiare, questo calcolo viene aggiornato continuamente.
Sul fronte gomme le cose diventano ancora più interessanti. Durante le sessioni di prove le squadre monitorano la durata delle gomme, controllano il consumo di carburante ed eseguono simulazioni di scenari. Le run lunghe più di 5 giri in particolare vengono lette come una vera prova generale della gara: si confrontano le curve di degrado di due squadre sulla stessa mescola e si modella se conviene fare uno o due stop. Man mano che il carburante si esaurisce e l'auto si alleggerisce, il degrado delle gomme diminuisce e le prestazioni migliorano; per questo nei giri finali di gara fare un attacco può diventare logico. Grazie alla telemetria, l'ingegnere può vedere sullo schermo cosa sta succedendo tre giri prima, ancora prima che il pilota avverta l'usura dei freni.
Undercut, Overcut e Decisioni Istantanee sul Muro dei Box
Ti racconto la mia parte preferita: l'undercut. Significa rientrare ai box un giro prima dell'avversario ed essere davanti a lui, con gomme fresche, quando esce. L'overcut è esattamente l'opposto; restare in pista e girare veloce dopo che l'avversario è rientrato ai box. Quale delle due strategie sia migliore dipende dai dati di degrado delle gomme e dalla probabilità di effettuare un sorpasso in pista. Senza telemetria queste decisioni sarebbero affidate totalmente all'istinto. Con i dati a disposizione, invece, l'ingegnere può modellare in anticipo il momento dell'undercut e calcolare esattamente il giro giusto. Se l'usura delle gomme è contenuta, possono anche arrivare sul tavolo piani audaci come spingersi aggressivo nei giri finali mentre l'avversario conserva le sue gomme.
Nel frattempo il muro dei box non è inattivo; gli ingegneri monitorano la telemetria in tempo reale e guidano la strategia. Anche l'intelligenza artificiale ormai è al tavolo; ci sono studi di analisi predittiva finalizzati a rilevare in anticipo i guasti meccanici dai dati dei sensori. Inoltre, da parte dei broadcaster, sistemi di analisi che anticipano le condizioni della pista, il meteo e le strategie degli avversari, offrendo agli spettatori classifiche visive, lavorano anch'essi su questo flusso di dati. Cioè anche quegli elegantissimi grafici che vedi sullo schermo TV sono il prodotto degli stessi sensori.
Il Lato Fabbrica: Mission Control e la Catena dei Dati
La telemetria non resta solo in pista; è l'anello iniziale di un'enorme catena che si estende dalla pista alla fabbrica. Dai sensori dell'auto all'ECU, da lì criptata ai box, poi al garage e infine alla fabbrica. Dal lato della fabbrica i dati vengono elaborati nel banco alla prova, nel simulatore, nelle sezioni aerodinamiche e nella galleria del vento. Così una vibrazione misurata in pista sabato mattina può trasformarsi, nel corso della settimana, nella progettazione di un nuovo pezzo in fabbrica.
Anche in pista la gerarchia è chiara. Nel caso della Mercedes ci sono cinque ruoli chiave di ingegneria per vettura: specializzazioni come Race Engineer, Performance Engineer, Controls Engineer ed Engine Performance. Ognuna è responsabile di una diversa fetta della telemetria. Gli input del pilota, cioè freno, gas, angolo di sterzata, i tasti sul volante, i dati dei sensori aerodinamici e i valori di temperatura-pressione dell'unità di potenza confluiscono tutti in questi team.
Le stanze "Mission Control" in fabbrica sono invece il ponte tra la pista e gli ingegneri di progettazione. Queste stanze, che comprendono anche il team di strategia, come nel McLaren Technology Centre o in Aston Martin, seguono in tempo reale i flussi di dati e le simulazioni anche a migliaia di chilometri dal circuito. Mentre la gara è in corso, un ingegnere in fabbrica può guardare lo stesso grafico contemporaneamente al collega sul muretto dei box. Incredibile, vero?
I Dati Sono Tutto? Il Fattore Umano
Ok, tutto è sullo schermo, ma la macchina non risponde a tutto. Gli ingegneri esperti possono sovrascrivere il modello quando si tratta di informazioni contestuali che la simulazione non riesce a cogliere. La sensazione del pilota riguardo agli pneumatici è l'esempio migliore; anche se lo schermo dice "gomma in buono stato", il pilota può dire "l'assetto dell'ala posteriore è perfetto per me" e questa preferenza soggettiva non può essere cancellata con i dati. La F1 resta ancora un lavoro congiunto di uomo e macchina; i dati sono un potente assistente, ma al volante c'è ancora un essere umano.
Breve Storia della Telemetria: Dal 1978 a Oggi
Tutto è iniziato in modo relativamente modesto. Nel 1978 Ken Tyrrell portò in squadra il fisico americano Dr. Karl Kempf. Kempf trasferì in F1 il metodo di telemetria su nastro magnetico che aveva sviluppato in Goodyear; con i sensori venivano registrati velocità, movimenti delle sospensioni, forze direzionali, gas e freno. Immagina quanto fosse laborioso; già solo aggiungere un microprocessore, in quell'epoca, era un'impresa titanica a causa dei problemi di rumore elettrico e vibrazioni.
Poi sono arrivati i computer e tutto è cambiato. I dati sono diventati più precisi, i sensori si sono miniaturizzati e moltiplicati; la telemetria ha contribuito direttamente allo sviluppo esponenziale della tecnologia agonistica. Oggi si è arrivati a un punto tale che la macchina è quasi perfetta e lo sviluppo si è assestato su un altopiano. Pensa: da qualche canale registrati su un nastro nel 1978 a 1,1 milioni di punti dati al secondo oggi. Questo balzo avvenuto in quasi 50 anni ha trasformato la F1 da una corsa alla pura velocità anche in una corsa ai dati. Mentre guardi la prossima gara davanti allo schermo, dai un'occhiata al muro dei box: lì ormai non vedi solo ingegneri confusi, ma persone che gestiscono una vera e propria tempesta di dati in tempo reale.
Fonti
- Approfondimento: Dati ed elettronica in F1, spiegati!
- ANALISI: Gli ingegneri a bordo pista
- Telemetria della Formula 1: spiegata
- Come funzionano i dati in Formula 1
- Come si muovono i dati nel motorsport
- Le monoposto di F1 hanno 300 sensori
- Grafici delle gare di F1 spiegati: tempi sul giro, gomme e telemetria
- Come i team di F1 usano telemetria, controllo e analisi per andare più veloci
- Come funziona la strategia di gara in Formula 1
- Uno sguardo dentro il mission control di un team di Formula 1
- F1 Insights - AWS