Telemetรี และการไหลของข้อมูลใน F1

ใน F1 นั้นเทเลเมทรี คือกระแสข้อมูลที่ไหลแบบเรียลไทม์จากรถแข่งไปยังกำแพงพิตและโรงรถ เซ็นเซอร์นับร้อยตัวบนรถจะส่งข้อมูลทุกอย่าง ทั้งความเร็ว ข้อมูลเบรก แรงดันลมยาง ระดับเชื้อเพลิง และสุขภาพของเครื่องยนต์ ไปยังทีมวิศวกรด้วยความแม่นยำระดับหนึ่งในพันวินาที ใน Formula 1 ยุคใหม่ กลยุทธ์ ผลงานของนักขับ และการตัดสินใจทางเทคนิคส่วนใหญ่ ล้วนเป็นผลผลิตของห่วงโซ่ข้อมูลที่มองไม่เห็นนี้

เวลาดูการแข่ง F1 หน้าจอ คุณเคยคิดเคยไหมว่า: วิศวกรที่กำแพงพิตรู้ได้อย่างไรว่าลมยางของนักขับเป็นอย่างไร เชื้อเพลิงเหลือเท่าไร เบรกจะหมดหรือยัง ทั้งที่คุณยังดูรอบนั้นไม่จบเลย? คำตอบมีคำเดียว: เทเลเมทรี และเชื่อฉันเถอะ พอได้ส่องดูข้างในสักครั้ง คุณจะไม่มีวันดู F1 ด้วยสายตาแบบเดิมอีกเลย

เทเลเมทรีคืออะไร และในรถมีเซ็นเซอร์กี่ตัว?

เทเลเมทรี โดยสรุปง่ายๆ คือการส่งข้อมูลทั้งหมดที่รถแข่งเก็บรวบรวมขณะอยู่บนสนามไปยังกำแพงพิตและโรงรถแบบเรียลไทม์ เซ็นเซอร์ที่คลุมทั้งตัวรถจากล่างจนถึงบนจะวัดค่าทุกอย่างอย่างต่อเนื่อง และส่งข้อมูลเหล่านั้นไปยังทีมงานด้วยคลื่นวิทยุ คุณสามารถมองรถคันนี้ว่าไม่ใช่แค่ยานพาหนะ แต่เป็นกลุ่มเซ็นเซอร์ขนาดมหึมาที่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับคอมพิวเตอร์ขนาดยักษ์ จริงๆ แล้วในตำราวิชาการยังใช้การเปรียบเทียบว่าเป็น "ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เคลื่อนที่" ด้วยซ้ำ

แล้วมีเซ็นเซอร์กี่ตัวกัน? Christine Steven หนึ่งในวิศวกรพัฒนาอิเล็กทรอนิกส์ของ Mercedes กล่าวว่า ในช่วงสุดสัปดาห์การแข่งขันโดยเฉลี่ย รถจะติดตั้งเซ็นเซอร์มากกว่า 250 ตัว แหล่งข้อมูลปัจจุบันบางแห่งระบุตัวเลขนี้สูงกว่า300 ตัว เซ็นเซอร์แบ่งออกเป็นสามหมวดหมู่ใหญ่: การควบคุม เครื่องมือวัด และการติดตาม หน่วยพลังงาน แชสซี ระบบกันสะเทือน ยาง อากาศพลศาสตร์ และระบบควบคุมของนักขับล้วนเชื่อมต่ออยู่ในเครือข่ายนี้ FIA ยังกำหนดให้ทีมต่างๆ ต้องใช้ระบบ TPMS ที่ติดตามแรงดันลมยางอย่างต่อเนื่องอีกด้วย ส่วนที่ปีกและพื้นรถมีเซ็นเซอร์ถ่ายภาพความร้อนที่วัดอุณหภูมิผิวยางและการเสื่อมสภาพของยาง นั่นหมายความว่า ตอนนี้สิ่งที่ยางกำลังทำอยู่ไม่ได้ถูกรับรู้แค่จาก "ความรู้สึก" ของนักขับอีกต่อไป แต่เซ็นเซอร์ที่มองเห็นได้เหมือนกล้องก็รู้เช่นกัน

อัตราความเร็วของข้อมูลก็ไม่ได้เหมือนกันทั้งหมด แตกต่างกันตั้งแต่ 1 Hz ถึง 1 kHz ในกรณีของข้อมูลการสั่นสะเทือน สามารถไปได้ถึง 200,000 ตัวอย่างต่อวินาที รายชื่อช่องสัญญาณที่ถูกติดตามยาวเหยียดอย่างน่าเหลือเชื่อ: ความเร็ว ความเร็วล้อ มุมพวงมาลัย เบรกหน้าและหลัง ความสมดุลเบรก เกียร์ รอบเครื่องยนต์ แรงดันล้อยาง DRS โหมดเครื่องยนต์ แรงบิด เชื้อเพลิง เดลต้าของรอบล่าสุด แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง คลัตช์ แรงกดลง แรงดันไฮดรอลิกและน้ำมัน อุณหภูมิเครื่องยนต์ เกียร์ถ่ายทอด ระบบไอเสีย... รายการยาวขึ้นเรื่อยๆ แต่คุณเข้าใจประเด็นแล้ว: ทุกเซลล์ของรถกำลังส่งสัญญาณบอกอะไรเราทั้งนั้น

ข้อมูลจากรถออกมาถึงโรงรถได้อย่างไร?

เซนเซอร์ต่างๆ เชื่อมต่อกับ ECU ของยานพาหนะแบบอนาล็อกหรือผ่านสาย CAN bus ECU เป็นการผลิตมาตรฐานและเฉพาะสำหรับแต่ละทีม McLaren เป็นผู้ผลิต และทุกทีมใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ชุดเดียวกัน ECU เข้ารหัสข้อมูลและส่งไปยังโรงรถผ่านเสาอากาศที่อยู่ด้านหน้าของยานพาหนะ ข้อมูลบางส่วนถูกเก็บรวบรวมด้วยวิธีคลาสสิก นั่นคือเชื่อมต่อสายเคเบิลกับแล็ปท็อปในพิต สิ่งนี้เรียกว่า offload และพวกเขาดาวน์โหลดข้อมูลเพิ่มเติมที่การส่งแบบเรียลไทม์ไม่สามารถส่งได้ด้วยวิธีนี้

ข้อมูลเรียลไทม์อยู่ที่ประมาณ 30 MB ต่อรอบ ด้วย offload ในพิต ปริมาณนี้สามารถเพิ่มขึ้นสองถึงสามเท่าได้ ในภาพรวมของสุดสัปดาห์ Grand Prix เรากำลังพูดถึงข้อมูลหลายเทราไบต์ต่อรถหนึ่งคัน เมื่อรวมวิดีโอด้วย ปริมาณนี้ยิ่งใหญ่ขึ้นไปอีก ในสุดสัปดาห์ GP เม็กซิโก 2022 มีการถ่ายโอนข้อมูลประมาณ 11 เทราไบต์ ระหว่างสนามกับโรงงานเท่านั้น และยังมีเรื่องความหน่วงอีกด้วย: ในการแข่งขันในยุโรป ข้อมูลถึงกำแพงพิตภายใน 10-15 ms แต่ในการแข่งขันที่ไกลอย่างออสเตรเลียหรือญี่ปุ่น เวลานี้พุ่งขึ้นไปที่ 300-400 ms สำหรับมนุษย์ไม่รู้สึก แต่สำหรับวิศวกรที่ทำงานกับหนึ่งในพันวินาที ความแตกต่างนี้ใหญ่มาก ระหว่างทางขอขมานบันทึกไว้ด้วยว่า: โครงสร้างพื้นฐานของเทเลเมทรีเองเป็นส่วนกลางสำหรับทุกทีม ระบบนี้ให้ความครอบคลุม 100% บนสนาม ถือเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่หาได้ยากของความร่วมมือระหว่างทีม ในด้านการวิเคราะห์ ทีมส่วนใหญ่ใช้ซอฟต์แวร์ Atlas ของ McLaren Applied

เวลาที่เสียไปในรอบคัดเลือกหาได้อย่างไร?

รอบคัดเลือกคือช่วงเวลาที่การวิเคราะห์เทเลเมทรีตื่นเต้นที่สุด ทันทีที่นักขับลงจากรถหลังจบรอบ ในช่วงเวลาสั้นๆ ระหว่างรอบเหล่านั้น พวกเขาพร้อมด้วยวิศวกรฝ่ายประสิทธิภาพดำดิ่งสู่หน้าจอทันที เป้าหมายมีเพียงเดียว: หาว่าเวลาหายไปตรงไหน ทีมที่หา 0.1 วินาทีไม่ได้ในตอนเที่ยงวันเสาร์ ต้องออกตัวจากตำแหน่งที่ล้าหลังกว่าในตอนบ่าย แล้วสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?

คำวิเศษของงานนี้คือ เดลต้า เดลต้า หมายถึงความแตกต่างระหว่างจุดข้อมูลสองจุด พวกเขาซ้อนทับข้อมูลของสองรอบหรือสองนักขับ แล้วแสดงภาพความแตกต่างของเวลาตลอดแนวสนาม สมมติว่านักขับของคุณ แพ้ให้กับเพื่อน 0.15 วินาทีในเลี้ยวที่ 4 คุณดูกราฟเดลต้าแล้วสุ่มค้นหาช่องสัญญาณอื่นๆ ตรงจุดนั้น: มีปัญหาที่แรงดันเบรกหรือไม่ นักขับเปลี่ยนเส้นทางก่อนเข้าเลี้ยวหรือเปล่า หรือการเหยียบคันเร่งล่าช้าไป? สามารถแยกแยะได้ทันทีทีละรายละเอียด ส่วนการเปรียบเทียบ ไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากเพื่อนร่วมทีม รอบจากปีก่อนๆ รอบจำลอง หรือรอบที่ดีที่สุดของนักขับเองก็อยู่บนโต๊ะด้วยเช่นกัน

และยังมีการวิเคราะห์ภาคอีกด้วย เมื่อรวมเวลาที่ดีที่สุดของนักขับใน S1, S2 และ S3 เข้าด้วยกัน ก็จะได้รอบที่เร็วที่สุดในทางทฤษฎีออกมา ความต่างอย่างมากระหว่างรอบจริงกับรอบในทฤษฎีบ่งชี้ว่ายังมีศักยภาพที่ยังไม่ได้ใช้งานอยู่ในรถ เมื่อดูว่าสปีดเร็วหรือช้าในเซกเตอร์ใด ก็สามารถอ่านความไม่สมดุลของเซ็ตอัพได้ด้วย ตัวอย่างเช่น ถ้าช่วงความเร็วสูงดีแต่การเกาะโค้งยังขาด ก็จะเข้าใจง่ายมากว่าสมดุลของรถเอียงไปทางไหน ในค่ำวันศุกร์นักขับก็ทบทวนข้อมูลนี้อีกครั้ง กลยุทธ์การควอลิฟายและการแข่งขันได้รับการขัดเกลาในคืนนั้น

วันแข่งขัน: ข้อมูลน้ำมันเชื้อเพลิงและยางกำหนดกลยุทธ์อย่างไร?

กลยุทธ์การแข่งขันมีการตัดสินใจหลักสองข้อ: จะเข้าพิตสต็อปเมื่อไหร่ และจะเลือกสารยางแบบไหน hard, medium หรือ soft? เบื้องหลังการตัดสินใจเหล่านี้คือการสร้างแบบจำลองข้อมูลที่แข็งแกร่ง นักกลยุทธ์คำนวณภาระน้ำมันเชื้อเพลิงที่เหมาะสมที่สุดโดยดูจากรูปแบบสนาม ความเร็วในการแข่งขันที่คาดหวัง และอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ในสภาพแวดล้อมที่อากาศ สนาม และคู่แข่งเปลี่ยนแปลงได้ การคำนวณนี้จะได้รับการปรับปรุงอยู่ตลอดเวลา

ด้านยางยิ่งน่าสนใจมากขึ้นไปอีก ในรอบฝึกซ้อมทีมต่างติดตามอายุการใช้งานยาง เฝ้าดูการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง และรันการจำลองสถานการณ์ โดยเฉพาะรอบที่ยาวกว่า 5 รอบถูกอ่านเป็นการซ้อมแข่งขันอย่างแท้จริง: เปรียบเทียบเส้นโค้งการเสื่อมสภาพของยางแบบเดียวกันของสองทีม และจำลองว่าควรสต็อปหนึ่งครั้งหรือสองครั้ง เมื่อเชื้อเพลิงหมดลงและรถเบาลง การเสื่อมสภาพของยางก็ลดลง ประสิทธิภาพจึงเพิ่มขึ้น เพราะเหตุนี้การเปิดโอกาสทำการเคลื่อนไหวในรอบท้าย ๆ ของการแข่งขันจึงมีเหตุผลขึ้นมาได้ ด้วยเทเลเมทรี วิศวกรสามารถเห็นบนหน้าจอว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อสามรอบก่อน ในขณะที่นักขับยังไม่รู้สึกถึงการสึกของเบรกด้วยซ้ำ

Undercut, Overcut และการตัดสินใจทันทีบนกำแพงพิต

ขอเล่าส่วนที่ฉันชอบที่สุดให้ฟัง: undercut หมายถึงการเข้าพิตก่อนคู่แข่งหนึ่งรอบ แล้วมียางใหม่อยู่ข้างหน้าเขาเมื่อเขาออกมา ส่วน overcut คือตรงกันข้ามเป๊ะ คือการอยู่ในพิตต่อไป แล้วออกไปวิ่งรอบเร็วบนสนามหลังจากคู่แข่งเข้าพิตไปแล้ว ว่าอะไรดีกว่ากันนั้นขึ้นอยู่กับข้อมูลการเสื่อมสภาพของยางและโอกาสในการแซงบนสนาม ถ้าไม่มีเทเลเมทรี การตัดสินใจเหล่านี้คงเหลือเพียงสัญชาตญาณล้วน ๆ แต่เมื่อมีข้อมูล วิศวกรสามารถจำลองจังหวะ undercut ล่วงหน้า และคำนวณรอบที่ถูกต้องที่สุดได้ ถ้าการสึกของยางน้อย ยังอาจมีการเสนอแผนที่กล้าหาญ เช่น การวิ่งเต็มที่ในรอบท้าย ๆ ขณะที่คู่แข่งกำลังอนุรักษ์ยางอยู่

กำแพงพิตในช่วงเวลานั้นไม่ได้ว่างเปล่า วิศวกรติดตามเทเลเมทรีแบบเรียลไทม์เพื่อให้คำแนะนำด้านกลยุทธ์ และตอนนี้ปัญญาประดิษฐ์ก็อยู่บนโต๊ะแล้ว มีงานวิจัยการวิเคราะห์เชิงพยากรณ์ที่มุ่งตรวจจับความเสียหายทางกลไกล่วงหน้าจากข้อมูลเซนเซอร์ นอกจากนี้ในฝั่งผู้ถ่ายทอดสด ระบบวิเคราะห์ที่คาดการณ์สภาพสนาม สภาพอากาศ และกลยุทธ์ของคู่แข่งด้วยข้อมูลแบบเรียลไทม์ และนำเสนอการจัดอันดับภาพให้ผู้ชม ก็ทำงานบนสตรีมข้อมูลนี้เช่นกัน นั่นคือกราฟิกสวย ๆ ที่คุณเห็นบนหน้าจอทีวีก็เป็นผลผลิตของเซนเซอร์กลุ่มเดียวกัน

ฝั่งโรงงาน: Mission Control และห่วงโซ่ข้อมูล

เทเลเมทรีไม่ได้จบลงแค่บนสนาม วงแรกของห่วงโซ่ยักษ์ที่ทอดยาวจากสนามแข่งถึงโรงงาน จากเซนเซอร์บนรถไปยัง ECU จากนั้นเข้ารหัสส่งไปยังพิต เส้นทางนั้นไปยังโรงรถและสุดท้ายคือโรงงาน ฝั่งโรงงานข้อมูลถูกประมวลผลในไดนาโมมิเตอร์ เครื่องจำลอง ส่วนอากาศพลศาสตร์ และอุโมงค์ลม นั่นคือแรงสั่นที่วัดได้ในสนามเสาร์เช้า สามารถกลายเป็นการออกแบบชิ้นส่วนใหม่ในโรงงานภายในสัปดาห์เดียวกัน

ในสนามแข่งนั้นลำดับชั้นก็ชัดเจน ในกรณีของ Mercedes มีบทบาทวิศวกรรมหลัก 5 ตำแหน่งต่อรถหนึ่งคัน: ความเชี่ยวชาญอย่าง Race Engineer, Performance Engineer, Controls Engineer และ Engine Performance แต่ละคนรับผิดชอบส่วนของข้อมูลเทเลเมทรีที่ต่างกัน ข้อมูลนำเข้าจากนักขับ คือเบรก คันเร่ง มุมพวงมาลัย ปุ่มบนพวงมาลัย ข้อมูลเซนเซอร์อากาศพลศาสตร์ และค่าอุณหภูมิ-ความดันของหน่วยกำลัง ล้วนไหลเข้าสู่ทีมเหล่านี้

ส่วนห้อง "Mission Control" ในโรงงานคือสะพานเชื่อมระหว่างสนามแข่งกับวิศวกรฝ่ายออกแบบ ห้องเหล่านี้ซึ่งรวมทีมกลยุทธ์ไว้ด้วย ติดตามกระแสข้อมูลและการจำลองแบบเรียลไทม์แบบสด ๆ แม้จะอยู่ห่างจากสนามแข่งหลายพันกิโลเมตร ดังเช่นที่ McLaren Technology Centre หรือ Aston Martin ขณะแข่งอยู่ วิศวกรคนหนึ่งในโรงงานสามารถมองกราฟเดียวกันพร้อมกันกับเพื่อนร่วมงานที่อยู่ที่กำแพงพิตได้ เหลือเชื่อใช่ไหมล่ะ?

ข้อมูลคือทุกอย่างหรือ? ปัจจัยมนุษย์

ตกลง ทุกอย่างอยู่บนหน้าจอ แต่เครื่องจักรไม่สามารถตอบคำถามได้ทุกเรื่อง วิศวกรที่มากประสบการณ์สามารถล้ำข้อจำกัดของโมเดลได้เมื่อเป็นเรื่องของข้อมูลเชิงบริบทที่การจำลองจับไม่ได้ ความรู้สึกของนักขับที่มีต่อยางคือตัวอย่างที่ดีที่สุด แม้หน้าจอจะบอกว่า "ยางดี" แต่นักขับก็ยังพูดได้ว่า "การตั้งค่าแอโรไฟล์หลังเหมาะกับผมสุด ๆ" และข้อมูลความชอบส่วนตัวเช่นนี้ลบทิ้งไม่ได้ F1 ยังคงเป็นงานร่วมของคนและเครื่องจักร ข้อมูลเป็นผู้ช่วยที่ทรงพลัง แต่บนพวงมาลัยก็ยังมีมนุษย์นั่งอยู่

ประวัติอันสั้นของเทเลเมทรี: จากปี 1978 ถึงปัจจุบัน

ทุกอย่างเริ่มต้นอย่างเรียบง่ายพอสมควร ในปี 1978 Ken Tyrrell ดึงนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Dr. Karl Kempf เข้ามาร่วมทีม Kempf นำวิธีเทเลเมทรีแบบบันทึกเทปที่พัฒนาที่ Goodyear มาสู่ F1 เซนเซอร์บันทึกความเร็ว การเคลื่อนไหวของซัสเปนชัน แรงตามทิศทาง คันเร่ง และเบรก ลองนึกภาพว่ามันยุ่งยากแค่ไหน แค่การเพิ่มไมโครโพรเซสเซอร์ในยุคนั้นก็เป็นเรื่องน่าเวียนหัวเพราะปัญหาสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและแรงสั่นสะเทือนแล้ว

จากนั้นคอมพิวเตอร์เข้ามามีบทบาทและทุกอย่างก็เปลี่ยนไป ข้อมูลแม่นยำขึ้น เซนเซอร์เล็กลงและมีมากขึ้น เทเลเมทรีส่งผลโดยตรงต่อการพัฒนาอย่างก้าวกระโดดของเทคโนโลยีการแข่งขัน ปัจจุบันมาถึงจุดที่เครื่องจักรแม่นยำเกือบสมบูรณ์แบบและการพัฒนาเริ่มเข้าสู่ภาวะคงที่ ลองคิดดู: จากไม่กี่ช่องสัญญาณที่บันทึกในเครื่องเทปในปี 1978 มาเป็นจุดข้อมูล 1.1 ล้านจุดต่อวินาทีในวันนี้ ก้าวกระโดดที่เกิดขึ้นในเวลาเกือบ 50 ปีนี้ เปลี่ยน F1 จากการแข่งความเร็วล้วน ๆ ให้กลายเป็นการแข่งขันด้านข้อมูลไปด้วยในเวลาเดียวกัน คราวหน้าที่ดูแข่งขันข้างหน้าจอ ลองแลชีไปที่กำแพงพิตดูบ้าง คุณจะเห็นไม่ใช่แค่วิศวกรหัวหมุนกันมึนงงอีกต่อไป แต่เห็นคนที่กำลังควบคุมพายุข้อมูลแบบเรียลไทม์อยู่จริง ๆ

แหล่งข้อมูล

• ฟีเจอร์: ข้อมูลและอิเล็กทรอนิกส์ใน F1 อธิบาย!
• INSIGHT: วิศวกรประจำสนาม
• เทเลเมทรีใน Formula One: อธิบายอย่างละเอียด
• ข้อมูลทำงานอย่างไรใน Formula 1
• ข้อมูลเคลื่อนที่อย่างไรในกีฬามอเตอร์สปอร์ต
• รถแข่ง F1 มีเซ็นเซอร์ 300 ตัว
• อธิบายกราฟการแข่งขัน F1: เวลารอบ, ยาง และเทเลเมทรี
• ทีม F1 ใช้เทเลเมทรี การควบคุม และการวิเคราะห์อย่างไรเพื่อความเร็วที่มากขึ้น
• กลยุทธ์การแข่งขันใน Formula 1 ทำงานอย่างไร
• ชมภายใน Mission Control ของทีม Formula One
• F1 Insights - AWS