Telemetrie und Datenfluss in der Formel 1

In der Formel 1 ist Telemetrie der Datenstrom, der in Echtzeit vom Rennauto zur Boxenmauer und in die Garage fließt; die hunderten Sensoren im Fahrzeug übermitteln dem Ingenieursteam alles mit einer Genauigkeit im Tausendstelsekundenbereich - von Geschwindigkeits- und Bremsdaten über Reifendruck und Kraftstoffstand bis hin zum Zustand des Motors. In der modernen Formel 1 sind Strategie, Fahrerleistung und die meisten technischen Entscheidungen das Produkt dieser unsichtbaren Datenkette.

Hast du dich beim Zuschauen eines F1-Rennens jemals gefragt: Wie wissen die Ingenieure an der Boxenmauer, was mit den Reifen des Fahrers los ist, wie viel Kraftstoff noch übrig ist und ob die Bremsen am Ende sind - noch bevor du diese Runde zu Ende gesehen hast? Die Antwort besteht aus einem Wort: Telemetrie. Und glaub mir, wenn man sich das einmal genauer ansieht, schaut man nie wieder mit den gleichen Augen auf die Formel 1.

Was ist Telemetrie und wie viele Sensoren hat das Auto?

Telemetrie bedeutet kurz gesagt, dass alle Daten, die das Rennauto auf der Strecke sammelt, in Echtzeit an die Boxenmauer und in die Garage übertragen werden. Die Sensoren, die vom Unterboden bis zum Dach des Autos verteilt sind, messen ständig alles und senden diese Daten per Funkwellen an das Team. Du kannst dir das Auto weniger als Fahrzeug und eher als ein Bündel von Sensoren vorstellen, das an einen riesigen Computer angeschlossen ist und sich mit diesem bewegt. In der Fachliteratur wird sogar das Bild eines "fahrenden Supercomputers" verwendet.

Aber wie viele Sensoren sind es nun? Christine Steven, eine der Entwicklungsingenieurinnen für Elektronik bei Mercedes, erklärt, dass ein Auto an einem durchschnittlichen Rennwochenende mehr als 250 Sensoren hat; einige aktuelle Quellen setzen diese Zahl sogar auf über 300 herauf. Die Sensoren lassen sich in drei große Kategorien einteilen: Steuerung, Messtechnik und Überwachung. Die Power Unit, das Chassis, die Radaufhängung, die Reifen, die Aerodynamik und die Fahrerbedienelemente sind alle mit diesem Netzwerk verbunden. Die FIA schreibt den Teams außerdem ein verpflichtendes TPMS-System vor, das den Reifendruck kontinuierlich überwacht; an den Flügel- und Unterbodenbereichen messen thermografische Sensoren die Reifenoberflächentemperatur und den Reifenverschleiß. Das heißt, was der Reifen macht, wissen längst nicht mehr nur die "Gefühle" des Fahrers, sondern auch Sensoren, die wie Kameras "sehen" können.

Auch die Datenraten sind nicht einheitlich; sie variieren von 1 Hz bis 1 kHz. Bei Vibrationsdaten sind bis zu 200.000 Abtastungen pro Sekunde möglich. Die Liste der überwachten Kanäle ist unglaublich lang: Geschwindigkeit, Raddrehzahlen, Lenkwinkel, vordere und hintere Bremsen, Bremsbalance, Gang, Motordrehzahl, Reifendruck, DRS, Motormodus, Drehmoment, Kraftstoff, Delta zur letzten Runde, Zentripetalkräfte, Kupplung, Abtrieb, Hydraulik- und Öldruck, Motortemperatur, Getriebe, Auspuff... Die Liste geht noch weiter, aber du hast den Punkt verstanden: Jedes Fünkchen des Autos spricht.

Wie kommen die Daten vom Auto in die Box?

Die Sensoren sind entweder analog oder über CAN-Bus-Leitungen mit der ECU des Fahrzeugs verbunden. Die ECU ist eine standardisierte und spezielle Produktion für jedes Team; McLaren stellt sie her und alle Teams nutzen dieselbe Hardware. Die ECU verschlüsselt die Daten und sendet sie über Antennen am Front des Fahrzeugs in die Box. Einige Daten werden auf klassischem Wege gesammelt, also per Kabelverbindung zum Laptop in der Boxengasse; das nennt sich Offload, und so werden zusätzliche Daten heruntergeladen, die die Live-Übertragung nicht bewältigen kann.

Die Live-Daten liegen pro Runde bei etwa 30 MB ; mit dem Offload in der Boxengasse kann sich diese Menge verdoppeln oder verdreifachen. Über einen ganzen Grand-Prix-Wochenende sprechen wir von mehreren Terabyte pro Fahrzeug; mit Video wird die Menge noch größer. Beim GP von Mexiko 2022 wurden allein zwischen Strecke und Fabrik etwa 11 Terabyte übertragen. Dazu kommt das Thema Latenz: Bei Rennen in Europa erreichen die Daten die Boxenmauer in 10-15 ms, bei weit entfernten Rennen in Australien oder Japan steigt diese Zeit auf 300-400 ms. Für Menschen unmerkbar, aber für Ingenieure, die mit Tausendstelsekunden arbeiten, ist der Unterschied groß. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt: Die Telemetrie-Infrastruktur selbst ist für alle Teams gemeinsam; dieses System mit 100% Abdeckung auf der Strecke ist eines der seltenen Beispiele für Zusammenarbeit zwischen den Teams. Bei der Analyse nutzen die meisten Teams die Atlas-Software von McLaren Applied.

Wie findet man die im Qualifying verlorene Zeit?

Das Qualifying ist der spannendste Moment der Telemetrie-Analyse. Kaum ist der Fahrer aus dem Auto, tauchen er und der Performance-Ingenieur in der kurzen Zeit zwischen den Läufen gemeinsam in die Bildschirme ein. Das Ziel ist nur eines: herauszufinden, wo die Zeit verloren ging. Ein Team, das am Samstagvormittag keine 0,1 Sekunde findet, startet am Nachmittag weiter hinten im Grid. Aber wie geht das?

Das Zauberwort heißt Delta. Delta bedeutet die Differenz zwischen zwei Datenpunkten; man legt die Daten zweier Runden oder zweier Fahrer übereinander und visualisiert den Zeitunterschied entlang der Strecke. Angenommen, dein Fahrer verliert in Kurve 4 gegenüber dem Kollegen 0,15 Sekunden. Du schaust ins Delta-Diagramm und wühlst durch die anderen Kanäle an dieser Stelle: Gibt es ein Problem mit dem Bremsdruck, hat der Fahrer die Linie vor der Kurve geändert, verzögerte sich der Gasübergang? Das lässt sich sofort Punkt für Punkt herausfiltern. Für den Vergleich gibt es nur einen einzigen Weg: den Kollegen; auch Runden aus vergangenen Jahren, simulierte Läufe oder die besten Runden des Fahrers selbst liegen auf dem Tisch.

Dazu kommt noch die Sektoranalyse. Kombiniert man die besten Zeiten des Fahrers in S1, S2 und S3, ergibt sich die theoretisch schnellste Runde. Eine große Differenz zwischen der realen und der theoretischen Runde deutet darauf hin, dass im Fahrzeug noch ungenutztes Potenzial steckt. Auch aus der Betrachtung, in welchem Sektor der Fahrer schnell und in welchem er langsam ist, lässt sich ein Setup-Ungleichgewicht ablesen; wenn zum Beispiel die Hochgeschwindigkeitsabschnitte gut sind, aber die Kurvenhaftung fehlt, wird es sehr leicht nachvollziehbar, in welche Richtung das Gleichgewicht des Fahrzeugs verschoben ist. Freitagnachts gehen die Fahrer diese Daten noch einmal durch; Qualifying- und Renntaktik bekommen an diesem Abend ihre endgültige Form.

Rennsonntag: Wie Reifen- und Kraftstoffdaten die Strategie bestimmen

Die Rennstrategie hat zwei Kernentscheidungen: wann der Boxenstopp gemacht wird und welche Reifenmischung gewählt wird; hart, medium oder soft? Dahinter steht eine solide Datenmodellierung. Die Strategen berechnen die optimale Kraftstoffmenge anhand des Streckenlayouts, der erwarteten Renntempo-Entwicklung und der Kraftstoffverbrauchsraten. In einer Umgebung, in der sich Wetter, Strecke und Rivalen ändern können, wird diese Berechnung ständig aktualisiert.

Bei den Reifen wird es noch interessanter. In den Trainingssitzungen verfolgen die Teams die Reifenlebensdauer, überwachen den Kraftstoffverbrauch und fahren Szenario-Simulationen durch. Besonders Läufe über mehr als 5 Runden gelten als echte Generalprobe: Die Degradationskurven zweier Teams auf derselben Mischung werden verglichen und modelliert, ob ein oder zwei Stopps gemacht werden. Je mehr Kraftstoff verbraucht wird und desto leichter das Auto wird, desto geringer fällt auch der Reifenverschleiß aus, und die Leistung steigt; deshalb kann es sinnvoll werden, in den späteren Rennen des Rennens anzugreifen. Dank der Telemetrie kann der Ingenieur auf dem Bildschirm sehen, was vor drei Runden passiert ist, während der Fahrer den Bremsverschleiß noch gar nicht spürt.

Undercut, Overcut und die Sekundenentscheidungen an der Boxenmauer

Lass mich dir meinen Lieblingsteil erklären: den Undercut. Das bedeutet, eine Runde vor dem Gegner an die Box zu gehen und mit frischen Reifen vor ihm zu sein, wenn er herauskommt. Der Overcut ist genau das Gegenteil; man bleibt länger draußen und fährt schnelle Runden, nachdem der Gegner an die Box gegangen ist. Was besser ist, hängt von den Reifendegradationsdaten und der Wahrscheinlichkeit eines Überholmanövers auf der Strecke ab. Ohne Telemetrie würden diese Entscheidungen reiner Instinkt bleiben. Mit Daten kann der Ingenieur den Undercut-Moment im Voraus modellieren und die exakt richtige Runde berechnen. Ist der Reifenverschleiß gering, kommen auch mutige Pläne auf den Tisch, etwa am Ende aggressiv anzugreifen, während der Gegner seine Reifen schont.

Die Boxenmauer ist in dieser Zeit alles andere als untätig; die Ingenieure verfolgen die Telemetrie in Echtzeit und steuern die Strategie. Auch die Künstliche Intelligenz ist inzwischen mit am Tisch; es gibt prädiktive Analysen, die anhand von Sensordaten mechanische Defekte frühzeitig erkennbar machen sollen. Auf der Seite der Übertragung arbeiten zudem Analysesysteme mit Echtzeitdaten, die Streckenbedingungen, Wetterlage und Gegnerstrategien vorhersagen und den Zuschauern visuelle Ranglisten liefern. Die schicken Grafiken, die du auf deinem TV-Bildschirm siehst, sind also ebenfalls ein Produkt derselben Sensoren.

Die Werksseite: Mission Control und die Datenkette

Die Telemetrie bleibt nicht nur auf der Strecke; sie ist das erste Glied einer riesigen Kette, die sich von der Strecke bis ins Werk erstreckt. Von den Sensoren im Fahrzeug zum ECU, von dort verschlüsselt zu den Boxen, von dort zur Garage und schließlich zum Werk. Auf der Werksseite werden die Daten auf dem Prüfstand, im Simulator, in den Aerodynamikabteilungen und im Windkanal verarbeitet. So kann ein am Samstagmorgen auf der Strecke gemessenes Zittern sich unter der Woche im Werk in das Design eines neuen Bauteils verwandeln.

Auch auf der Strecke ist die Hierarchie klar. Im Beispiel von Mercedes gibt es pro Fahrzeug fünf zentrale Ingenieursrollen: Spezialisierungen wie Race Engineer, Performance Engineer, Controls Engineer und Engine Performance. Jeder ist für einen anderen Ausschnitt der Telemetrie zuständig. Fahrereingaben wie Bremse, Gas, Lenkwinkel, die Tasten am Lenkrad, aerodynamische Sensordaten sowie die Temperatur- und Druckwerte der Power Unit fließen allesamt in diese Teams.

Die "Mission Control"-Räume im Werk sind die Brücke zwischen der Strecke und den Designingenieuren. Diese Räume, die auch das Strategieteam beherbergen, verfolgen die Datenströme und Simulationen live – wie im McLaren Technology Centre oder bei Aston Martin – sogar aus Tausenden Kilometern Entfernung von der Rennstrecke. Während das Rennen läuft, kann ein Ingenieur im Werk gleichzeitig mit seinem Kollegen an der Boxenmauer auf dasselbe Diagramm schauen. Unglaublich, oder?

Ist Daten alles? Der menschliche Faktor

Gut, alles liegt auf dem Bildschirm, aber die Maschine hat nicht auf alles eine Antwort. Erfahrene Ingenieure können das Modell außer Kraft setzen, wenn es um Kontextwissen geht, das die Simulation nicht erfassen kann. Das Gefühl des Fahrers für den Reifen ist das beste Beispiel dafür; selbst wenn der Bildschirm "Reifen ist gut" meldet, kann der Pilot sagen "die Flügeleinstellung hinten ist für mich perfekt", und diese subjektive Präferenz lässt sich nicht einfach mit Daten wegwischt. Die F1 ist immer noch ein Gemeinschaftswerk von Mensch und Maschine; die Daten sind ein starker Assistent, aber am Lenkrad sitzt immer noch ein Mensch.

Kurze Geschichte der Telemetrie: Von 1978 bis heute

Alles begann relativ bescheiden. 1978 holte Ken Tyrrell den amerikanischen Physiker Dr. Karl Kempf ins Team. Kempf brachte die bei Goodyear entwickelte Telemetriemethode mit Tonbandaufzeichnung in die F1; mit Sensoren wurden Geschwindigkeit, Aufhängungsbewegungen, gerichtete Kräfte, Gas und Bremse aufgezeichnet. Du kannst dir vorstellen, wie mühsam das war; selbst das Hinzufügen eines Mikroprozessors war damals wegen elektrischer Störungen und Vibrationsproblemen eine haarsträubende Angelegenheit.

Dann kamen die Computer ins Spiel und alles veränderte sich. Die Daten wurden präziser, die Sensoren kleiner und zahlreicher; die Telemetrie trug direkt zur exponentiellen Entwicklung der Renntechnologie bei. Heute ist man an einem Punkt angelangt, an dem die Maschine nahezu perfekt ist und die Entwicklung ein Plateau erreicht hat. Denk mal nach: von ein paar Kanälen, die 1978 auf ein Band aufgezeichnet wurden, zu heute 1,1 Millionen Datenpunkten pro Sekunde. Dieser Sprung über fast 50 Jahre hat die Formel 1 von einem reinen Geschwindigkeitsrennen zugleich zu einem Datenrennen gemacht. Wenn du das nächste Rennen vor dem Bildschirm verfolgst, wirf einen Blick auf die Boxenmauer; dort siehst du längst nicht mehr nur ratlose Ingenieure, sondern Menschen, die ein Echtzeit-Datenereignis managen.

Quellen

• Feature: Daten und Elektronik in der F1, erklärt!
• EINBLICK: Die Streckeningenieure
• Formel-1-Telemetrie: Erklärt
• Wie Daten in der Formel 1 funktionieren
• Wie sich Daten im Motorsport bewegen
• F1-Rennwagen haben 300 Sensoren
• F1-Renndiagramme erklärt: Rundenzeiten, Reifen & Telemetrie
• Wie F1-Teams Telemetrie, Kontrolle und Analysen nutzen, um schneller zu werden
• Wie die Rennstrategie in der Formel 1 funktioniert
• Ein Blick in das Mission Control eines Formel-1-Teams
• F1 Insights - AWS