Как компьютеры используются в формуле 1

Обновлено: 21.11.2024

В автомобильной промышленности растет доля электронных устройств, которые по своей природе представляют собой компьютеры, датчики или приводы. Датчики предоставляют данные компьютеру, который, в свою очередь, на основе полученных данных управляет механическими процессами с помощью приводов. Компьютер стал неотъемлемой частью современных автомобилей, что, безусловно, является огромным улучшением, но для его обслуживания также требуется обученный персонал. Уверены, что такие компьютеры должным образом защищены от жары, пыли, воды и влаги; среда, которая даже не близка к среде домашнего компьютера. Поэтому компьютерные компоненты, встроенные в автомобили, должны быть технологичными и стабильными, чтобы безопасность пользователя автомобиля была бесспорной и на очень высоком уровне. Сложный способ использования компьютеров и других электронных устройств в автомобиле наиболее очевиден при проектировании и строительстве гоночных автомобилей «Формулы-1» (F1). Гоночный автомобиль Формулы-1 — очень сложное транспортное средство, в котором в среднем более 50 000 различных деталей, а само транспортное средство собрано со 100-процентной точностью. Это означало бы, что при подготовке с точностью 99,9% выехал бы на трассу с более чем 50 бракованными деталями, и оценка гонки была бы весьма сомнительной, несмотря на использование сложной компьютерной техники. В дополнение к описанию на этой странице описан принцип работы компьютерных систем в гоночном автомобиле на примере гоночного автомобиля 'McLaren-Mercedes MP4-27'.

Группа компаний «Макларен» включает производство автомобилей для гонок Ф1, производство и продажу автомобилей и группу общего назначения по электронному оборудованию и программному обеспечению (McLaren Electronics Systems). Что касается последнего, тесно сотрудничаем с компанией «Майкрософт». То, что они делают, схемы и устройства — это передовые технологии, которые не ограничиваются Формулой 1, но используются в авиационной, морской, медицинской, а также в домашних развлекательных целях. Поэтому передовые технологии мало-помалу внедряются в устройства, которыми мы пользуемся каждый день. Есть много полезных продуктов, которые используются в отрасли, хотя они могут быть первым применением в гонках. Что касается используемых устройств F1, их можно разделить на четыре группы:

Датчики для измерения давления и температуры шин, температуры двигателя, давления масла.
Регуляторы раздачи топлива.
Телеметрия для анализа автомобиля с помощью графиков и диаграмм.
Система мониторинга, для изменения настроек устройств в автомобиле, их настройки и настройки.

Сезон Формулы-1 в 2008 году запомнится как начало стремительного роста использования компьютеров, датчиков, контроллеров и устройств в гоночных автомобилях со значительными ресурсами исследований и разработок для использования стандартизированных компонентов и инфраструктуры, а также его множество нововведений. Каждая команда Ф1 объединила в сеть и использует стандартизированные схемы электронного блока управления (ECU — Electronic Control Unit). Это стало возможным благодаря партнерству между фирмами «McLaren Electronic Systems» (MES) и «Microsoft» в результате контракта с FIA (Federation Interationale de l'Automobile), международной организацией, которая является регулирующим органом для всех автомобилей. чемпионаты мира по гонкам. Хотя аппарат называют «стандартным», ЭБУ на самом деле представляет собой очень сложную систему, которая сыграет ключевую роль в разработке автомобиля будущего, как в автомобилях, так и в гоночных автомобилях для повседневного использования. Элементы системы, предназначенной для наблюдения за ходовыми качествами гоночного автомобиля McLaren-Mercedes MP4-27, показаны на рис. 7.10.1а.

То, что маркирует изображение 7.10.1a, представляет собой двустороннюю радиосвязь между автомобилем и системной сетью, которая соединяет компьютеры членов гоночной команды, а это означает, что в дополнение к удаленному сбору данных по беспроводной сети для автоматического внесения необходимых корректировок в автомобиль - ТЕЛЕМЕТРИЯ. С водителем машины работает его «гонщик», который информирует водителя о состоянии машины и предлагает действия, которые было бы полезно предпринять. На рис. 7.10.1b показаны наиболее часто используемые электронные компоненты и устройства. Из формы каждого компонента видно, что форма компонентов совершенно разная и предназначена для общего, более устойчивого к внешним воздействиям, а электронные компоненты, которые используются в производстве, проходят гораздо более строгий контроль по отношению к продуктам, предназначенным для более широкого использования.

Сегодня в Формуле-1 построено от 150 до 300 датчиков и исполнительных механизмов для различных целей, а система ЭБУ обрабатывает данные. Во время гонки обрабатывается 100-200 кБ данных за одну секунду, что за одну неделю, включая тренировки и саму гонку, составляет общий объем данных примерно со 100 ГБ или более живописных 250 DVD. За год собрано 2-3 ТБ данных и соответственно 5000 DVD дисков. Применение системы ЭБУ по существу означает разработку и обработку данных.Датчики сбора данных (преобразовывают механические величины в электрические), потенциометры (преобразователи механического положения в электрические данные) и исполнительные механизмы (преобразуют электрический источник в механическое перемещение). Разумеется, все управляется компьютером, что говорит о том, что разработка программного обеспечения очень важна. На рис. 1.10.1б показана только часть этих электронных компонентов и устройств. На рис. 7.10.2а показан принцип их работы.

Очень упрощенный обзор использования компьютеров и электронных устройств показан на рисунке 7.10.2а, где показан пример регулирования подачи топлива в соответствии с педалью акселератора, ход событий следующий; потенциометр, прикрепленный к педали акселератора, отправляет данные на компьютер, который сравнивает текущую ситуацию, которая считывается как часть потенциометра топлива, так и актуатора в соответствии с внесенными изменениями, необходимыми механическими настройками впрыска топлива, пока данные потенциометра и привод не соответствует. Аналоговые значения, полученные датчиками и потенциометрами, переупаковываются в цифровые записи для отправки данных по беспроводной сети гоночной команде.

Скорость чтения и различные регулировки, сделанные водителем с помощью панели дисплея и переключателей, встроенных в рулевое колесо, как показано на рисунке 7.10.2b, и его действия отправляются на компьютер, который выполняет необходимые действия по адаптации двигателя, сцепления использование, изменение скорости, ограничение набора скорости, въезд в «бокс» (пит-стоп) для замены шины, использование KERS (Kinetic Energy Recovery System) и выполнение некоторых других специфических задач. KERS представляет собой систему аккумуляторов, которые собирают энергию от торможения и добавляют ее к двигателям и системам редуктора, работающим в отношении увеличения общей доступной мощности привода. KERS позволяет увеличить тяговую мощность примерно с 60 кВт до 560 кВт существующего двигателя, что соответствует «Mercedes-Benz FO 108Z», показанному на верхнем изображении 7.10.2b.

Двигатель имеет рабочий объем 2,4 литра, восемь цилиндров, расположенных в форме буквы «V» с четырьмя цилиндрами в каждой ветви и четырьмя клапанами на цилиндр, и может развивать скорость до 18 000 об/мин (оборотов в минуту). Он весит всего 95 кг и изготовлен из легкого, но прочного алюминиевого сплава. Но похоже, что с 2014 года снова в «моде» турбонаддув и шестицилиндровый V-образный двигатель чуть меньшего размера и веса, с рабочим объемом 1,6 литра, а при 15 000 об/мин развивает мощность около 450 кВт. . За двигателем, показанным на рис. 7.10.2б, следуют сцепление, коробка передач и дифференциал для передачи мощности на задние колеса, как предложено на рис. 7.10.2а. Конечно, все мониторы через компьютер. Времена, когда водители механически управляют изменением скорости на несинхронизированных коробках передач «на слух», устанавливая скорость двигателя в соответствии с текущими условиями на трассе, и тем самым знают и получают блистер изменения скорости (на трассе в Монте-Карло скорость меняется до 3500 раз за гонку).

Автомобили Формулы-1 — это автомобили высшего класса, которые практически использовали предел выносливости доступных технологий. Хотя компьютеры уже давно используются при проектировании и оптимизации сложных элементов автомобиля, ключевым нововведением является система ECU, которая собирает данные с датчиков автомобилей и по беспроводному каналу отправляет данные в службу поддержки. FIA выбрала решение ECU, разработанное «McLaren Electronics» и «Microsoft» и при условии, что одно и то же решение будет доступно для всех команд. ECU отслеживает все аспекты развития автомобиля и собирает множество данных с помощью встроенных датчиков. Современная электроника следит за всем в режиме реального времени, без задержек, учитывая все аспекты состояния автомобиля, а также тренировки, гонки, остановки для замены шин и дозаправки или пребывания в гараже. Сервер ATLAS по указанным данным должен собираться и распространяться среди всей команды и предоставлять «инженеру-гонщику» почти мгновенно доступную информацию об их анализе и принятии решений. Кроме того, если по каким-либо причинам все данные они могли бы сразу передать, например, из-за ограниченной пропускной способности радиосистемы, по прибытии на автомобиль замена шин в гараже или отсутствующие данные могут быть сняты непосредственно с автомобиля и изменены данные, хранящиеся на сервер.

«McLaren Electronics» и «Microsoft», работающие над технологией для использования в F1, пришли к выводу, что количество и качество данных ECU настолько ценны, что поэтому необходимо использовать более простое и быстрое решение для хранения и загружать данные телеметрии. особенно высокоразвитые эффективные файлы. Кроме того, данные были доступны для других программных инструментов, таких как «Excel» со стандартным доступом к базе данных (ODBC — Open Database Connectivity) и включенной базой данных для связывания и встраивания объектов (OLEDB), без понимания используемых форматов файлов. Он эффективно использует большое количество данных, что является причиной использования серверов «SQL Server 2008».

Решение использует особенность логики обработки данных отдельными процессами, так называемую «многоуровневую» архитектуру, которая включает:

Как правило, каждый пользователь компьютера, особенно дома, использует множество неструктурированных данных, таких как текстовые документы, изображения и видео. Эти данные часто хранятся вне базы данных, что может вызвать сложность их использования, особенно в отношении скорости доступа к данным. Однако, если данные структурно связаны через базу данных и хранятся в виде сжатых двоичных файлов, использование серии таких сохраненных данных приводит к повышению производительности при их использовании в сетевой среде — FILESTREAM.

Очень небольшая часть системы ATLAS отслеживает пользователя. Набор изображений иллюстрирует 7.10.3.

Из рисунка видно, что объем данных огромен и требует специальных знаний для их интерпретации.

Таким образом, наблюдение за автомобилем и принятие правильных решений на основе данных, передаваемых с датчика, независимо от того, было ли решение принято человеком или компьютером, является основой успешного «управления» современным гоночным автомобилем Формулы-1. Какие уже упомянутые управляемые датчики и исполнительные механизмы?

Некоторые примеры, датчик давления (азота) в шинах, датчик давления воздуха при настройке клапанов двигателя, состояние бака, температурная защита, датчик наклона колеса, контроль вращения коленвала двигателя, напряжение на топливных форсунках, датчик кислорода, датчик в коробке передач датчик переключения передач, датчик сцепления, гидравлическое давление сцепления, поперечное ускорение, продольное ускорение, привод регулирования гидравлического давления, газовые двигатели, состояние акселератора, ручное управление, выбор ручного или компьютерного управления, переднее тормозное давление, заднее тормозное давление, режим в гараже, контроль включения зажигания, скорость вращения каждого колеса, давление масла в двигателе, давление масла в трансмиссии, уровень масла, количество трансмиссионного масла, давление охлаждающей жидкости, давление топлива, топливо, температура шин, температура масла в коробке передач и двигателе, температура в системе охлаждения, температура топлива, температура выхлопных газов в каждой ветке и т.д.

Действительно, это очень большой «стек», упомянутый выше — лишь малая часть. Когда FIA решила ввести новую форму соревнований, в которой вместо бензинового двигателя используется электродвигатель, по образцу «Tesla Motors» и аналогичных производителей электромобилей был разработан гоночный автомобиль «Формулы E», описанный на следущая страница. Разумеется, сохранилась большая часть приводов, датчиков и других систем, используемых в гоночных болидах «Формулы-1».

Современные команды Формулы-1 используют тысячи передовых компьютеров для измерения, контроля, анализа и моделирования каждого аспекта болида Гран-при. Инженер-программист McLaren Крис Александр исследует историю компьютерных технологий в спорте.

От специализированной бортовой электроники до бесчисленных виртуальных серверов в центрах обработки данных по всему миру, компьютеры широко используются во всех аспектах разработки Формулы-1. Но как технология попала туда, где она есть сегодня? Как и природа самого спорта и, конечно же, мобильного или настольного компьютера, на котором вы читаете эту статью, путь компьютеров в Формуле-1 — это история мощности и скорости.

Как вы понимаете, компьютерные технологии не оказали сильного влияния на первые годы существования Формулы-1. На самом деле, когда в 1950 году начался чемпионат мира, всего за год до этого был изобретен первый программируемый компьютер. Электронный автоматический калькулятор хранения с задержкой (EDSAC), как его называли, был построен в Кембриджском университете и запрограммирован перфолентой с пятью отверстиями. Из-за примитивности технологии она занимала столько же места, сколько два McLaren MP4-31, а на ввод простой программы уходило много часов!

Автомобили Формулы-1 оставались полностью механическими устройствами вплоть до 1960-х годов, их проектировали на традиционных чертежных досках инженеры с разносторонней квалификацией, вооруженные выдвижным карандашом и причудливым набором французских кривых.

Когда в конце 1960-х Брюс Макларен и Денни Халм участвовали в гонках на самых первых автомобилях McLaren для участия в Гран-при, водитель был ключевым инструментом для анализа и понимания характеристик автомобиля. Простая ошибка водителя или его непонимание того, что машина «говорит» ему, может легко привести к сходу.

Например, на Гран-при Монако 1967 года у Брюса произошла осечка зажигания, которую он ошибочно полагал вызванной низким уровнем топлива; Джек Брэбэм указал ему на его ошибку в боксах, и он вернулся в бой, в итоге заняв четвертое место.

В современных автомобилях F1 каждую секунду измеряются тысячи параметров данных, поэтому инженеры на трассе и на базе могут анализировать проблемы с машиной, даже не приезжая в боксы.

Только в 1970-х годах достижения в области электронных компонентов и микропроцессоров позволили представить то, что мы сегодня называем микрокомпьютером. Это было в 1975 году, когда McLaren впервые применила телеметрию — сбор данных об автомобиле — и это было не в F1, а в рамках программы IndyCar, которая собирала 14 различных фрагментов информации об автомобиле, которые можно было загрузить в гараже.

Для сравнения, это примерно столько же различных фрагментов информации, которые современный смартфон может зафиксировать о своем окружении.

Как и в случае с бумом домашних компьютеров, автомобильные электронные технологии начали значительно улучшаться в 1980-х годах. По мере того, как электронные и аналоговые системы становились легче, меньше и мощнее — ключевые аспекты любого оборудования, добавляемого к болиду Ф1, — команды и особенно производители двигателей начали использовать на борту более сложные системы.

Первая электроника использовалась для выполнения задач управления в дополнение к телеметрии для повышения надежности и производительности автомобиля. Эти системы управления были предшественниками того, что вы найдете в своем современном дорожном автомобиле, помогая повысить эффективность и надежность двигателя при выполнении диагностики и отслеживании поездок.

В F1 самые первые из этих электронных систем были только бортовыми, без возможности передачи данных обратно в боксы. Вместо этого технические специалисты загружали данные из бортовой памяти, когда машина возвращалась в гараж. Первоначально объем памяти был ограничен данными только об одном круге, поэтому водителю давался сигнал на пит-борде, чтобы включить телеметрию для определенного круга, а затем данные снимались с машины, когда она возвращалась в исходное состояние. гараж. Высокие компьютеры, установленные в стойку, стали все чаще занимать место в гараже наряду с более традиционными механическими инструментами.

Эти неуверенные шаги ознаменовали начало эпохи данных в Формуле 1.

В начале 1980-х также появились электронные системы управления двигателем. Когда McLaren представила двигатель TAG Turbo для MP4/1E в 1983 году, он был оснащен усовершенствованной системой Bosch, которая объединила управление впрыском топлива и зажиганием в одном блоке. Это позволило электронике контролировать мощность, управляемость и эффективность использования топлива в гораздо большей степени, чем это было возможно ранее.

Использование топлива было важной проблемой, которую нужно было решить в то время. В 1985 году автомобили были ограничены до 220 литров топлива без дозаправки; в 1986 году он был увеличен до 195 литров, а это означает, что точный и эффективный контроль за расходом топлива стал все более важным.

McLaren MP4/2B 1985 года был первым автомобилем команды, оснащенным электронным индикатором в кабине, показывающим уровень оставшегося топлива. Используя эту технологию, Ален Прост первым пересек финишную черту на Гран-при Сан-Марино в том году после того, как у Lotus Айртона Сенны и Ferrari Стефана Йоханссона кончилось топливо (позже Прост был дисквалифицирован, когда его машина оказалась маловесной).

Однако система оставалась ненадежной; Прост, как известно, отбросил осторожность, чтобы выиграть свой второй титул чемпиона мира в Аделаиде в 1986 году, несмотря на то, что его показания уровня топлива предупреждали его о том, что он был в минусе. К счастью для француза, это было неправильно!

Как и во всем в Формуле-1, скорость имела решающее значение, и ожидание загрузки данных из машины занимало слишком много времени, прежде чем их можно было использовать.Ко второй половине 80-х первые потоки данных стали доступны в гараже еще до того, как машина вернулась на пит-лейн.

Это была "пакетная" телеметрия, при которой автомобиль использовал радиосигналы для передачи ключевых фрагментов данных обратно в гараж, когда он проезжал мимо боксов на каждом круге, что приводило к "пакетной" передаче данных для этого круга. Затем этот небольшой образец был доступен инженерам за несколько минут до того, как машина вернулась на боксы, и можно было изучить более полную картину записанных данных.

Несмотря на успехи, достигнутые за первые 40 лет существования этого вида спорта, именно в 1990-х произошел взрыв вычислительных мощностей — не только в самой машине, но и во всей команде.

К 1993 году компьютерные технологии стали использоваться для управления автомобилями с активной ездой. Это была эпоха, когда электронные системы управления использовались даже больше, чем в современных автомобилях: активная подвеска обеспечивала устойчивость автомобилей; гидроусилитель руля помогал водителю; силовое торможение увеличило сцепление с дорогой в поворотах, а контроль тяги способствовал максимально плавному выходу.

Потребовалось собрать гораздо больше данных об автомобиле и анализировать их с гораздо большей частотой, чем когда-либо прежде. Эта работа была поручена серии еще более мощных и быстрых машин. По мере развития технологий в автомобилях технологии, используемые для загрузки и потоковой передачи данных обратно в гараж, становились все более совершенными. В свою очередь, машины на заводе стали больше и быстрее.

В то время как правящие власти начали ограничивать использование вспомогательных технологий в самих автомобилях, спорт расширил использование компьютеров во всех остальных областях. Это положило начало капитальному ремонту игры.

Сегодня F1 использует Интернет для потоковой передачи всего — от телеметрии до телевидения — по всему миру со скоростью, в 10 раз превышающей скорость обычного домашнего широкополосного доступа.

В 1960-х годах, когда электронные системы только начинали использоваться в Формуле-1, Интернет еще даже не был изобретен; это было в 1969 году, когда ARPANET, первая крупномасштабная сеть, соединила вместе четыре машины в университетах Америки. Эта сеть была настолько медленной по сегодняшним меркам, что для отправки трехминутного музыкального трека с одного компьютера на другой потребовалось бы более пяти часов.

В 2016 году вы могли передавать такой же объем данных с трассы Гран-при Австралии в технологический кампус McLaren всего за сотые доли секунды!

Из-за ограничений на количество персонала, разрешенного на мероприятиях, и количество оборудования, которое реально можно перевезти по всему миру, теперь на базе каждой команды есть группы инженеров, которые имеют те же возможности доступа к данным, что и их путевые части. коллеги.

Данные телеметрии в режиме реального времени передаются по всему миру, когда автомобиль находится на трассе, и инженеры могут совместно проводить анализ и обмениваться данными моделирования в течение нескольких секунд между заводом и трассой. Скорость в этом процессе важна для того, чтобы во время коротких, но интенсивных тренировок, проводимых в выходные дни Гран-при, было получено как можно больше полезных данных для разработки.

Компьютеры, используемые в современной команде Формулы-1, бескомпромиссны: лучшие в своем классе.

Ультрапортативные ноутбуки предоставляют выездным инженерам доступ к данным, средствам моделирования и анализа, которые необходимы им для оптимизации характеристик автомобиля на следующем мероприятии. Высокопроизводительные рабочие станции дают группам возможность быстро выполнять сложные симуляции на основе данных из различных источников. Специализированное программное обеспечение, такое как SAP HANA, позволяет инженерам искать в данных о тысячах кругов именно ту информацию, которая им нужна, чтобы помочь им повысить производительность в гоночном уик-энде.

А также специально разработанные аппаратные кластеры — группы от десятков до сотен компьютеров, работающих вместе над сложной математикой — системы вычислительной гидродинамики (CFD), используемые для улучшения аэродинамических характеристик, а также для запуска симулятора, который позволяет водителю развивать автомобиль. когда не на ходу.

В дополнение к этим физическим компьютерам все команды используют облачные вычисления: в отличие от традиционных машин, облачные компьютеры полностью виртуальны, работают в крупных центрах обработки данных по всему миру и доступны через Интернет.

Когда команде инженеров требуется решить сложную проблему или проанализировать огромный объем данных, облако может предоставить по запросу тысячи таких виртуальных машин, предназначенных для выполнения поставленной задачи. Эта технология предлагает беспрецедентную скорость и пропускную способность с такой мощностью, с которой не могут сравниться компьютеры на месте на заводе или на трассе. Кроме того, через Интернет могут быть установлены специальные каналы связи, позволяющие ускорить передачу данных между командой и облачными серверами, а также обеспечить первоклассную безопасность конфиденциальных данных.

Чтобы использовать вычислительную мощь, доступную им сейчас, инженеры F1 используют сложное и специально разработанное программное обеспечение, которое вы не найдете на своем домашнем или офисном компьютере.

В McLaren мы разработали собственную сложную платформу для анализа данных и моделирования, которая позволяет каждому инженеру в команде использовать наши исторические данные и системные данные в реальном времени. Эта платформа объединяет доступ к широкому спектру данных, от автомобилей на трассе Гран-при до кругов, пройденных нашими тест-пилотами на симуляторах; от аэродинамических данных, полученных в аэродинамической трубе, до специализированного испытательного оборудования для конкретных компонентов автомобиля, таких как сцепление или тормоза.

Поскольку ко всем этим данным можно получить доступ одним и тем же способом, новые инструменты исследования и анализа могут быть быстро и легко разработаны для возникающих потребностей, когда они возникают в быстро меняющейся среде Формулы 1. Эта платформа данных также обеспечивает прочную основу для многочисленных специализированных высокопроизводительных приложений обработки данных для определенных инженерных дисциплин. Практически у каждой инженерной группы в команде — от подвески до тормозов, шасси и гоночных инженеров — есть собственный специальный набор программных инструментов, который помогает им анализировать наиболее важные для них данные.

Использование компьютеров в Формуле-1 изменило облик спорта и внесло неизмеримый вклад в инженерный процесс создания быстрых автомобилей. Он по-прежнему позволяет командам расширять границы технологий моделирования, разработки и анализа и участвовать в гонках на хорошо настроенных и оптимизированных автомобилях в начале гоночных уик-эндов.

По мере развития Формулы 1 использование компьютеров и программного обеспечения продолжается быстрыми темпами, необходимыми для решения постоянно меняющихся задач проектирования и проектирования.

Привет, Гиктаймс! Представляю вашему вниманию перевод статьи "Краткая история вычислений в Формуле 1".

Сегодня команды Формулы-1 используют тысячи современных компьютеров для измерения, контроля, анализа и моделирования всех аспектов машин, используемых в Гран-при. Разработчик программного обеспечения команды McLaren, Крис Александр, досконально исследовал историю использования компьютерных технологий в спорте.

От специальной бортовой электроники до бесчисленных виртуальных серверов в центрах обработки данных по всему миру, компьютеры используются во всех аспектах техники Формулы-1. Но как технологии пришли к этому? Как и природа спорта, путешествующие компьютеры в Формуле 1 — это история скорости и мощи.

1950-е годы. Как вы понимаете, в первые годы на Формулу 1 не сильно влияло развитие компьютерных технологий. На самом деле чемпионат мира стартовал в 1950 году, а первый компьютер был изобретен всего годом раньше. Электронный автоматический калькулятор с задержкой хранения (EDSAC), как его называли, был построен в Кембриджском университете и запрограммирован с помощью перфоленты с пятью отверстиями. Из-за использования примитивной техники он занимал столько же места, сколько два McLaren MP4-31, а на выполнение простейшей программы уходило много часов!

1960-е годы. Автомобили Формулы-1 по-прежнему состояли только из механических устройств, спроектированных на традиционных чертежных досках генеральными инженерами, вооруженными механическими карандашами и необычными наборами французских линеек.
Когда Брюс Макларен и Денни Халм гонялись за автомобилями McLaren в конце 1960-х, пилот был ключевым инструментом в анализе производительности машины. Простая ошибка гонщика или его просчет в понимании того, что ему «говорит» машина, вполне могли стать результатом гонки.

Например, в 1967 году на Гран-при Монако Брюс совершил пит-стоп, ошибочно полагая, что ему нужна дозаправка; Джек Брэбэм указал на свою ошибку. Вернувшись в бой, он в итоге занял четвертое место.

В современных автомобилях Формулы 1 каждую секунду измеряются тысячи параметров, инженеры на трассе и на базе могут анализировать проблемы болида, без необходимости проведения пит-стопа.

1970-е годы.Так было до 1970-х годов, когда прогресс в разработке электронных компонентов и микропроцессоров способствовал появлению того, что мы сегодня называем микрокомпьютером. Произошло это в 1975 году, когда McLaren впервые внедрила телеметрию — сбор данных о машине, а ее не было в Формуле 1, это была заслуга команды в Индикаре. Было собрано 14 различных типов данных об автомобиле, который можно было разгрузить в гараже. Для лучшего понимания, это примерно такое же количество различных типов информации, которое современный смартфон может принять о своем окружении.

1980-е годы. В 1980-е годы, наряду с бумом домашних компьютеров, началось значительное усовершенствование бортовой электронной техники. В связи с тем, что электронные и аналоговые системы стали легче, меньше и мощнее, ключевые аспекты любого оборудования, установленного на автомобилях Формулы-1, использовались командами, и особенно производителями двигателей, для выполнения более сложных систем.

Первая электроника использовалась для выполнения задач управления, помимо телеметрии, с целью повышения надежности и производительности автомобиля. Эти системы управления являются предшественниками систем, которые вы можете найти в своей современной машине. Они помогли повысить эффективность и надежность двигателей, выполняя диагностику и отслеживая гонки.

В Формуле-1 первые типы этих электронных систем были только бортовыми, их недостатком было отсутствие возможности передачи данных в гараж. Вместо этого техникам нужно было выгружать данные из бортовой памяти только тогда, когда машина находилась в гараже. Изначально памяти хватало только на один круг, поэтому пилоту давали дополнительный сигнал на включение телеметрии для выбранного круга, а данные с машины снимались при возвращении в гараж. Высокие стационарные компьютеры стали занимать место в гаражах рядом с обычными механическими инструментами.

Это были шаги, которые ознаменовали начало информационной эры в Формуле-1.

В начале 1980-х также появились электронные системы управления двигателем. Когда McLaren представила двигатель TAG Turbo для автомобиля MP4/1E в 1983 году, он был оснащен усовершенствованной системой Bosch, которая сочетала в себе как управление подачей топлива, так и управление зажиганием. Это позволило электронике контролировать мощность, управляемость и топливную экономичность в гораздо большей степени, чем это было возможно ранее.

Использование топлива было важной проблемой, которую необходимо было решить. В 1985 году автомобили были ограничены до 220 литров топлива без дозаправки; в 1986 году эта цифра была снижена до 195 литров, а это означало, что бережное и эффективное использование топлива стало чрезвычайно важным.

Bolide 1985 MP4/2Bбыл первым автомобилем команды McLaren, который был оборудован электронным считывателем остатка топлива, установленным в кабине. С помощью этой технологии Ален Прост первым пересёк финишную черту на Гран-при Сан-Марино, после Айртон Сенна спустился на Lotus, а Стефан Йоханссон на Ferrari, которые были впереди, но у них кончилось топливо (позже Прост был дисквалифицирован, когда выяснилось, что его машина имеет массу ниже нормы).

Однако система оставалась ненадежной. Известно, что Прост проигнорировал все предупреждения и выиграл свой второй титул чемпиона мира в Аделаиде в 1986 году, несмотря на то, что указатель уровня топлива был на красной отметке. К счастью для француза индикатор оказался неверным!
Известно, что во всех элементах Формулы 1 скорость является самым важным фактором, и ожидание загрузки реальных данных с машины занимало слишком много времени. Во второй половине 1980-х первые потоки данных стали доступны в гараже еще до того, как машина вернулась на пит-лейн.

Это была телеметрическая «стрела» — автомобиль мог использовать радиосигналы для передачи ключевых данных о прохождении каждого круга в гараже. Эти небольшие образцы информации стали доступны инженерам за несколько минут до того, как машина въехала в гараж, после чего стала ясна полная картина записанных данных.

1990-е годы. Несмотря на прогресс, который получил спорт в первые 40 лет, именно 1990-е стали «взрывом» вычислительных возможностей, как на самой машине, так и во всей команде.

В 1993 году росту компьютеризации способствовало использование технологии «активного управления» машинами. Это была эпоха использования даже большего количества электронных систем управления, чем в современных автомобилях: активная подвеска повышала устойчивость машин; гидроусилитель руля помогал пилоту; усилители тормозов улучшали сцепление с дорогой на поворотах, а противобуксовочная система способствовала максимально мягкому выходу из поворотов.
Появилась необходимость собирать гораздо больше данных с машины и анализировать их с большей частотой, чем раньше.Эта работа была возложена на ряд более мощных и быстродействующих компьютеров. С ростом бортовой техники стала прогрессировать технология загрузки и выгрузки данных в гараж. В свою очередь, компьютерные системы на заводах стали больше и быстрее.

С началом регулирования использования вспомогательных технологий в автомобилях спорт способствовал увеличению использования компьютеров в других областях. Это стало началом реструктуризации спорта.

Сегодня Формула-1 полагается на использование Интернета для передачи всего — от телеметрии до телевидения — по всему миру со скоростью, в десять раз превышающей обычное домашнее соединение.

В 1960-х годах, когда электронные системы только начинали использоваться в Формуле-1, Интернет еще не был изобретен; в 1969 году ARPANET, первая крупномасштабная сеть, соединила четыре компьютера в университетах Америки. По сегодняшним меркам эта сеть была настолько медленной, что для передачи трехминутного музыкального файла с одного компьютера на другой требовалось более пяти часов.

В 2018 году вы сможете передать такой же объем данных с трассы Гран-при Австралии в технологический кампус McLaren всего за сотую долю секунды!

Из-за ограниченного количества персонала, которому разрешено посещать мероприятия, и количества оборудования, которое можно перевозить по всему миру, теперь группы инженеров на каждой базе имеют доступ к тем же данным, что и их коллеги на трассе.
Данные телеметрии передаются в режиме реального времени, когда автомобиль находится на трассе, что дает инженерам возможность совместной работы над анализом собранной информации, а также обмена данными между заводом и трассой. Скорость в этом процессе очень важна, чтобы собрать как можно больше полезных данных для коротких, но интенсивных тренировок, которые проходят перед Гран-при.

Компьютеры, используемые в современной Формуле-1, несомненно, одни из лучших.
Ультрапортативные ноутбуки предоставляют инженерам доступ к данным, инструментам моделирования и анализа, которые необходимы для оптимизации производительности машины для следующего мероприятия. Высокопроизводительные рабочие станции позволяют командам быстро обрабатывать сложные моделируемые ситуации с использованием данных из различных источников. Специальное программное обеспечение, такое как SAP HANA , позволяет инженерам обрабатывать данные о тысячах раундов путем выборки информации, которая может помочь повысить производительность автомобиля гоночного уик-энда.

Также специально разработанные аппаратные кластеры представляют собой группы от десяти до сотен компьютеров, совместно работающих над сложными математическими задачами — CFD-системы, используемые для улучшения аэродинамической составляющей автомобиля, а также для использования симулятора, позволяющего разрабатывать машина, когда водитель не на трассе.

Помимо физических компьютеров, все команды используют облачные вычисления: в отличие от традиционных машин, облачные компьютеры полностью виртуальны, они работают в массивных центрах обработки данных, расположенных по всему миру, а доступ к ним осуществляется через Интернет.

Когда группе инженеров нужно решить сложную проблему или проанализировать большой объем данных, облако может предоставить тысячи таких виртуальных компьютеров для быстрого решения проблемы. Эта технология обеспечивает огромную скорость и пропускную способность с вычислительной мощностью, не сравнимой с компьютерами на заводе или на трассе. Кроме того, через Интернет могут быть организованы специальные соединения, что позволяет обеспечить высокоскоростную передачу данных между командой и облачными серверами, а также первоклассную защиту конфиденциальной информации.
Инженеры Формулы-1 используют сложное специальное программное обеспечение, которое невозможно найти на домашних и офисных компьютерах.

Мы в McLaren разработали собственную платформу анализа данных и модуляции, которая дает каждому инженеру коллективный доступ к системным данным. Эта платформа сочетает в себе доступ к огромному количеству разнообразных данных, от автомобилей на трассе Гран-при до кругов, пройденных нашими пилотами-испытателями на симуляторе; от аэродинамических данных, полученных в аэродинамической трубе, до специализированных испытаний оборудования для отдельных компонентов машины, таких как сцепление или тормоза.

Благодаря тому, что ко всем этим данным можно получить одинаковый доступ, можно легко разработать новые исследовательские и аналитические инструменты для экстренных нужд, которые могут возникнуть в быстро меняющейся среде Формулы-1. Эта платформа также обеспечивает прочную основу для многих специализированных высокопроизводительных приложений, разработанных для конкретных инженерных дисциплин. Практически каждая команда инженеров в команде — от подвески, тормозов и шасси до гоночных инженеров — имеет собственный набор программных инструментов, которые помогают им анализировать наиболее важные для них данные.

Использование компьютеров в Формуле-1 изменило облик спорта и внесло неоценимый вклад в инженерный процесс разработки быстрых автомобилей.Команды продолжают расширять границы технологий модуляции, разработки и анализа и участвуют в гонках на правильно настроенных и оптимизированных машинах.

Формула-1, а также используемые в ней компьютерные технологии и программное обеспечение развиваются с огромной скоростью, чтобы соответствовать постоянно меняющимся задачам проектирования и инженерных разработок.

Гран-при Азербайджана проходил в столице Баку ранее в этом году, и гонка была отмечена значительными техническими трудностями за кулисами. Высокий грузовик случайно перерезал кабель, по которому в режиме реального времени передавались данные с гонки инженерам Формулы-1, разбросанным по всей Европе. Из-за этого обрыва кабеля данные гонки так и не достигли места назначения, а инженеры остались в неведении.

"Если вы потеряете данные, вы потеряете свою производительность", – говорит Франц Тост, руководитель итальянской команды Формулы-1 Scuderia Toro Rosso. «Обычно у нас есть от 15 до 17 инженеров, которые наблюдают за каждой гонкой из нашей операционной в Фаэнце, Италия. Они предоставляют обратную связь о таких вещах, как износ и деградация шин, а также следят за тем, что делают наши оппоненты. Но когда мы были в Баку, нам позвонили и спросили: «Эй, когда мы получим данные?»

Формула-1 — это не только технологии, но и скорость. Сообразительный водитель может в любой момент внести существенные коррективы в настройки тормозной системы и карты двигателя, чтобы набрать скорость и вырваться вперед, но основные улучшения происходят за пределами гоночной трассы в результате анализа данных. На самых высоких уровнях спорта водители-люди работают настолько одинаково, что больше всего остается возможностей для улучшения самих автомобилей.

Собранные компьютером данные в Формуле-1 информируют обо всех основных решениях, о которых беспокоятся команды: когда отрегулировать крылья машины или изменить их размер, отрегулировать шины, изменить давление в шинах или состав смеси или настроить один из многих аспектов подвески. , от наклона и высоты дорожного просвета до стабилизаторов поперечной устойчивости и жесткости. Все, что относится к характеристикам автомобиля и может быть отслежено и измерено компьютерами, отслеживается и измеряется компьютерами. Вещи, на которые водитель обращает внимание в машине, минимальны по сравнению с тем, что собирают компьютеры.

"Многие гонщики скажут вам, что они участвуют в гонках на ощупь, когда речь идет о таких вещах, как точки переключения передач и контроль тяги", – говорит Крис Влок, гонщик Формулы-3 и предприниматель из Новой Зеландии. «Инженеры команды отслеживают так много важных аспектов автомобиля в режиме реального времени, что фактические показания на приборной панели автомобиля служат скорее для справки. Пилоту Формулы-1 нужно сосредоточиться только на вождении».

Неудивительно, что у одной из Scuderia Toro Rosso есть спонсор и технологический партнер в лице компании по резервному копированию данных Acronis. Команда Формулы-1 производит примерно один терабайт компьютерных данных каждый гоночный уик-энд и хранит их неограниченное время. По словам Тоста, данные за предыдущие годы — это прочная основа для будущих результатов. Если у вас нет данных, вы начинаете с нуля.

Вот почему инженеры Toro Rosso готовятся к гонке примерно за три-четыре недели, изучая старые данные, ранее записанные на трассе, вводя их в симулятор и объединяя их со своими последними знаниями и опытом работы с автомобилями.

р>

"Сегодня Формула-1 определяется информационными технологиями, – – говорит Тост. «Без компьютерных данных в Ф1 не добиться успеха».

Настольные и мобильные рабочие станции Acer ConceptD меняют тестирование и дизайн автомобилей

Гоночные и вычислительные платформы Формулы-1 существуют почти одинаковое время, начиная примерно с 1950 года. Но автомобили Формулы-1 десятилетиями оставались чисто механическими, а их проектирование происходило на физических чертежных досках с помощью ручек.

Однако к 1990-м годам каждая команда Формулы-1 использовала компьютеры и пакеты для проектирования от таких компаний, как CATIA, Computervision и Autodesk. Но эти конструкции всегда нуждались в испытаниях, чтобы увидеть, как они улучшили аэродинамику. Аэродинамические трубы были введены в конструкцию автомобилей в конце 1920-х годов, поэтому их использование в Формуле-1 также стало центральным. Взаимодействие компьютеризированного проектирования и испытаний в аэродинамической трубе стало основой разработки автомобилей F1.

По мере того, как компьютеры становились все более мощными, все чаще можно было снять часть бремени с трудоемких испытаний в аэродинамической трубе. Вычислительную гидродинамику (CFD) можно использовать для прогнозирования и анализа воздушного потока. Изначально не было никаких ограничений на количество вычислительной мощности, которую можно было использовать для CFD, или количество времени в аэродинамической трубе, которое можно было использовать для тестирования проектов в реальном мире.

Из-за потенциально огромных преимуществ, которые дает более широкий доступ к испытаниям в аэродинамической трубе и вычислениям CFD, FIA ввела растущие ограничения, чтобы более богатые команды не имели слишком большого преимущества. Чтобы уравнять правила игры для менее финансово обеспеченных команд, FIA ввела ограничение в 65 заездов в аэродинамической трубе в неделю. В 2021 году количество пробежек в неделю сократится еще до 40, но есть и другие сложности.

FIA также ввела ограничения на использование CFD, основанные на вычислительной мощности, с ограничением в 30 терафлопс для вычислений с двойной точностью (64-разрядных) для моделирования аэродинамики автомобиля. Кроме того, для этого можно было использовать только процессоры, а не графические процессоры. Но количество часов и терафлопс было заменено взаимозаменяемым, поэтому у команды могло быть 30 часов аэродинамической трубы или 30 терафлопс CFD, или их комбинация.

Повышение производительности с помощью ConceptD

Пример использования гоночных автомобилей FORMULA 1

Скачать сейчас

В следующем сезоне не будет ограничений на мощность тестирования CFD, только тесты в аэродинамической трубе со скользящей шкалой, обратной позиции команды в предыдущем сезоне. В 2021 году команда, занявшая первое место, получает 90 процентов еженедельного распределения, что равно 36 пробегам, в то время как команда, занявшая 10-е место или ниже, получает 112,5 процента, и это станет еще более заметным в сезонах 2022-2025 годов, начиная от от 70% до 115%. В этот момент ограничения на время CFD вернутся, что существенно повлияет на эффективность использования времени CFD.

Вот почему для успеха в автогонках Формулы-1 необходимо иметь правильную компьютерную технологию, позволяющую получить максимальную отдачу от ограниченных ресурсов CFD и аэродинамической трубы. Alfa Romeo Racing ORLEN, например, опирается на настольные и мобильные рабочие станции Acer ConceptD, в которых мощные процессоры Intel Core или Xeon сочетаются с быстрым графическим ускорением NVIDIA GeForce и Quadro RTX. «Поскольку время трассы ограничено, много усилий уходит на моделирование, поэтому вам нужны очень мощные рабочие станции, такие как ConceptD 700, которые помогают нам дать водителю ощущение, что он действительно управляет автомобилем», — говорит Ян Моншо, технический директор. , Alfa Romeo Racing ОРЛЕН.

Системы Acer, которые использует Alfa Romeo ORLEN, включают ConceptD 7 Ezel, ConceptD 700 и ConceptD серии CM. Все они оптимизированы для запуска программного обеспечения Dassault Systèmes CATIA для проектирования и CFD, которое инженеры Alfa Romeo используют для проектирования своих автомобилей F1 и моделирования аэродинамики. Очень важно, чтобы этот процесс был максимально эффективным, чтобы наилучшим образом использовать строгие ограничения на мощность CFD. «ConceptD — это идеальный инструмент для наших 250 инженеров, работающих на настольных компьютерах и ноутбуках, с высоким уровнем производительности и скорости», — говорит Фредерик Вассер, руководитель команды Alfa Romeo Racing ORLEN и генеральный директор Sauber Motorsport.

В гонках не все зависит от производительности. Автомобили F1 имеют яркую окраску, включающую в себя брендинг нескольких партнеров. Это должно быть добавлено в дизайн автомобиля точно и без искажения цвета, часто с использованием массивов из нескольких мониторов. Для этого дисплеи Acer Concept серии CM обеспечивают производительность HDR 1000 с яркостью, близкой к человеческому глазу, и гораздо более широкой цветовой палитрой, чем у обычного монитора. «Мониторы ConceptD 4K действительно впечатляют, точность цветопередачи и детализации потрясающая», — говорит Моншо.

Если в первые несколько десятилетий компьютерные технологии и автогонки развивали свои возможности параллельно, то теперь успех последних во многом зависит от первых. Обладая мощными, надежными и многофункциональными вычислительными технологиями для своих инженеров и дизайнеров, гоночная команда имеет инструменты, позволяющие добиться минимального прироста производительности, который жизненно важен в спорте, где успех измеряется сотыми долями секунды. Благодаря технологии Acer ConceptD компания Alfa Romeo Racing ORLEN может гарантировать, что ее автомобили будут создаваться с самыми высокими конкурентными преимуществами.

Руководство по автоматизации для ИТ-руководителей

Необходимость преобразующей автоматизации

Скачать бесплатно

Переход новатора на компонуемую ERP

Как провести модернизацию с минимальным риском

Скачать бесплатно

Новый стандарт: будущая роль финансов

Изменение роли финансовой службы во время сбоев в бизнесе

Скачать бесплатно

Инструменты и стратегии интеграции для SAP S/4HANA

Решение некоторых из самых серьезных технологических проблем в мире

Скачать бесплатно

Читайте также: