Analiza telemetrii

Kilka tygodni temu przy porannej kawie trafiłem na ciekawy wpis na blogu Scarbsf1. Blog który polecam każdemu zainteresowanemu bardziej techniczną stroną F1.
Materiał moim zdaniem bardzo ciekawy i kilka kluczowych fragmentów postanowiłem (lepiej lub gorzej) przetłumaczyć na nasz język. Może kogoś z was zainteresuje.
Wpis dotyczy analizy telemetrii samochodu F1. Kojarzycie te małe wydruki, w które wpatrują się kierowcy przed decydującą partią kwalifikacji siedząc w kokpicie i popijając witaminki przez słomkę - o nie właśnie chodzi.

Jeden z fanów wygrzebał kilka takich kartek z kosza na śmieci jednego z teamów po wyścigu w Monaco i przesłał Scarbsowi. Ten, wraz z kilkoma kolegami po fachu postanowił rozbić techniczną "chińszczyznę" na czynniki pierwsze i przedstawić szerszej rzeszy fanów w bardziej przystępnej formie.
Niestety wszystkie wskazówki identyfikujące kierowcę lub zespół zostały zamazane, ale przecież nie o porównywanie konkretnych kierowców tu chodzi.

Program, z którego korzystają wszystkie teamy nazywa się ATLAS - skrót od: Advanced Telemetry Linked Acquisition System -i dostarczany jest przez Mclarena. Dlaczego właśnie przez niego - ponieważ zgodnie z wymogami FIA w każdym bolidzie znajduje się jednakowa jednostka sterująca silnikiem dostarczana właśnie przez Mclarena.
Jak to w skrócie działa - dane pozyskiwane są z kilkudziesięciu (kilkuset) czujników umieszczonych w samochodzie, a następnie drogą radiową przesyłane są do garażu zespołu. Tam sygnał jest dekodowany i już za pomocą zwykłego łącza internetowego dane są rozsyłane zainteresowanym. Program ATLAS, z funkcji i wyglądu podobny do znanego wam na pewno MS Excela, zbiera to wszystko do kupy i wizualizuje w bardzo przystępnej formie.

Do rzeczy. Oto wykres:
http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/lap_monaco_2011-1.jpg

Wykres który widzimy na zdjęciu jest tak zwanym wykresem porównawczym. Co to oznacza - porównywane są na nim dane z różnych okrążeń - w tym przypadku - dwóch różnych kierowców oznaczonych kolorem niebieskim i czerwonym. W tym przypadku kierowca czerwony jest "tłem" do którego porównywane są dane kierowcy niebieskiego.
Wykres ze zdjęcia nazywany jest "falowym" - pokazuje wybrane dane w odniesieniu do osi czasu lub dystansu - w tym przypadku osią X jest dystans - 3200 metrów czyli mniej więcej długość okrążenia w Monaco. Oś Y jest zarezerwowana dla kilku wybranych danych, które możemy wcześniej zdefiniować. Ich wartości oznaczane są kolorem niebieskim i czerwonym (nie sugerują kierowcy) i mogą być umieszczone po lewej lub prawej stronie wykresu.

Na dole znajduje się legenda, na której znalazły się:
v - prędkość
NGear - bieg
rThrottle Pedal - procent otwarcia przepustnicy
aSteerWheel - kąt skrętu kierownicy
pBrakeR - ciśnienie na pedale hamulca
MDiffDemand Torque - moment obrotowy na dyferencjale (tu nie jestem pewny)
MKERSDemand Torque - moment obrotowy odbierany lub dostarczany do jednostki KERS (ujemny w przypadku korzystania z systemu).
BNRearWingStateControlMode - status użycia systemu DRS (aktywny, nieaktywny).
TDiff - różnica czasowa pomiędzy kierowcami.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/parameters.jpg

Obok legendy w prawym, dolnym rogu znajduje się mapa toru podzielona na strefy zakrętów (zielone) i prostych (żółte). Pomaga to w identyfikacji poszczególnych miejsc toru w celu sprawdzenia gdzie dany kierowca zanotował stratę a gdzie zyskał. Co ciekawe program ATLAS sam dokonuje podziału toru na proste/zakręty za pomocą pomiaru przeciążeń poziomych. Całkiem fajny bajer.
http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/trackmap.jpg

Ok przejdźmy do tego co tygryski lubią najbardziej - porównajmy wykresy obu kierowców.
Pierwszy wycinek.
http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/throttle_lift.jpg
Jest to wykres otwarcia przepustnicy (wartości procentowe od 0 do 100 po prawej stronie wykresu) w zakręcie nr8. Jak widać kierowca niebieski przy wyjściu na prostą dodał gazu nieco później jednak robił to bardziej miarowo. Kierowca czerwony zaczął przyspieszać wcześniej. Najpierw lekko musnął pedał gazu, następnie zaczął bardzo agresywnie przyspieszać. W połowie zakrętu jednak musiał na chwilę odpuścić i w efekcie czego obaj kierowcy zaaplikowali 100% przepustnicy w tym samym momencie.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/cornerspeed.jpg
Drugi wycinek analizuje wykres prędkości. Wartości są oznaczone po lewej stronie wykresu
od 0 do 360 km/h. Rysunek pokazuje prędkość kierowców pomiędzy zakrętem nr1 a nr3.
Jak widać kierowca niebieski wchodzi w zakręt z wyższą prędkością i przyhamowuje słabiej od kierowcy czerwonego przez co zakręt i prostą 2 pokonuje z wyższą prędkością. W zakręcie 3 kierowca czerwony hamuje wcześniej i zakręt przechodzi z niższą prędkością.
Pozwala mu to szybciej dodać gazu na wyjściu niż kierowcy niebieskiemu.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/speed_turns1-3.jpg
Trzeci wykres analizuje różnicę czasu pomiędzy zawodnikami. Wartości są umieszczone po prawej stronie (od -2.400 do 2.400 s). Pokazuje w jakim odstępie czasu obaj zawodnicy osiągnęli ten sam punkt toru. W przypadku tego wykresu kierowca czerwony jest kierowcą referencyjnym do którego porównuje się kierowcę niebieskiego. Wartości ujemne będą oznaczały, że kierowca niebieski jest szybszy. Wykres czasu jest stosunkowo duży i ciągnie się przez całą stronę, ma to za zadanie ułatwić kierowcy i inżynierom identyfikację miejsc gdzie występują największe straty/zyski czasu.
Zobaczmy jak to wyglądało w zakrętach 1 i 3. Widać wyraźnie, że w samym zakręcie 1 kierowca niebieski zyskał 0.38s i dodatkowo 0.27 w zakręcie 3. Jak wynika z analizy wykresu prędkości działo się tak dzięki pokonaniu tych zakrętów z wyższą o 10km/h prędkością
0.65s w tylko 2 zakrętach- dobry materiał do analizy dla inżynierów.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/turn1_drs.jpg
Czwarty wykres pokazuje użycie systemu DRS. Są tylko dwa stany - aktywny i nieaktywny. Co ciekawe włączenie czy wyłączenie systemu nie wpływa wcale na zmianę wykresu prędkości czy otwarcia przepustnicy. Na wykresie widać, że obaj kierowcy włączyli system przy wyjściu z pierwszego zakrętu, jednak kierowca czerwony był to w stanie zrobić około 10 m wcześniej.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/diff.jpg
Piąty wykres przedstawia stan użycia systemu KERS. Pokazuje momenty uwalniania energii z systemu przy wciśnięciu guzika (wartości maksymalne) oraz dostarczanie energii przy hamowaniu (wartości minimalne).
Na wykresie zanalizowano zakręt nr1. Widać jak w momentach mocnego hamowania energia jest dostarczana do systemu. Na samym dole widać wykres użycia pedału hamulca. Widać na nim, że kierowca czerwony zaczyna "zbierać" energię do KERSu jakieś 25m wcześniej. Jednak kierowca niebieski wychodząc z zakrętu 1 około 20 m wcześniej mógł aktywować KERS około 50m szybciej.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/diff2.jpg
Kolejny wykres przedstawia ustawienia dyferencjału. W skrócie wartości maksymalne około 2000 Nm są osiągana na prostych i podczas przyspieszania - gdy na oba koła działa taka sama siła. Wartości minimalne - przy hamowaniu i skręcaniu kiedy obciążenie mocą dyferencjału jest najmniejsze a różnice między wartościami na obu kołach największe.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/oversteer.jpg
Na kolejnym wykresie przedstawiono wychylenie kolumny kierownicy. Wartości od -100 do 100 stopni znajdują się po lewej stronie karty. Wartość 0 oznacza kierownicę ustawioną prosto, 100 - pełny skręt w prawo, -100 - pełny skręt w lewo. Na wykresie z zakrętu 1 widać, że obaj kierowcy doświadczyli lekkiej nadsterowności w zakręcie co zmusiło ich do lekkiej korekty. Z wykresu widać także, że kierowca niebieski ma agresywniejszy styl charakteryzujący się bardzo dużym wychyleniem kierownicy przy wejściu w zakręt.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/agrresive_t8.jpg
Następny wykres pokazuje jaki wpływ miało zbyt agresywne wyjście z zakrętu nr8 przez kierowcę czerwonego na ruchy kierownicą. Wykres pokazuje typową kontrę jaką musiał założyć kierowca aby nie stracić panowania nad bolidem.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/gears.jpg
Na kolejnym oznaczono aktualne użycie biegu. Wartości od 0 do 8 znajdują się po lewej stronie wykresu. Wycinek pokazuje jaki bieg mieli wybrany kierowcy podczas pokonywania zakrętu 1. Widać na nim, że kierowca czerwony wchodzi w zakręt z mniejszą prędkością i bieg 3 ma wrzucony około 20m dłużej zanim zredukował na 2. Kierowca niebieski wyszedł z zakrętu z większą prędkością i co za tym idzie mógł wrzucać kolejne biegi około 10m szybciej.

http://scarbsf1.files.wordpress.com/2011/08/braking.jpg
Ostatni wykres pokazuje ciśnienie układu hamulcowego, czyli po prostu wciśnięcie pedału hamulca. Wartości od 0 do 125 Barów znajdują się po prawej stronie. Jest to bardzo przydatny dla kierowców i inżynierów wykres pokazujący gdzie można urwać dodatkowe dziesiąte sekundy poprzez wcześniejsze hamowanie.
Na wykresie wiać, że kierowca niebieski przez szybsze wejście w zakręt musi hamować z większą siłą, robi to jednak około 20m później od kierowcy czerwonego. Co ciekawe niebieski około 30 m przed najmocniejszym naciśnięciem lekko muska pedał hamulca aby przenieść ciężar samochodu na przód, rozgrzać hamulce i "przygotować" opony na mocne hamowanie. Widać także, że na wielu zakrętach kierowca niebieski po maksymalnym naciśnięciu hamulca nieco odpuszcza aby nie przeszarżować z oponami i uniknąć "flat spotów".

Tyle analizy. Mam nadzieję, że komuś się to przydało. Wiecie teraz nieco więcej na temat tego ile tak naprawdę odpowiednie osoby mogą powiedzieć o jakości kierowcy bazując na odpowiednich danych z telemetrii