Računari i Formula 1

Iza svakog brzog bolida stoji armija još bržih računara

Svakim danom sve veći broj ljudi više ne može da zamisli život bez pomoći računara. Kada pogledamo jedan ekstremni sport kao što je Formula 1 gde milisekunde i nanometri odlučuju razliku između pobede i poraza, a ponekad čak i između života i smrti, onda nije čudo da kompjuteri igraju vitalnu ulogu u svakoj njegovoj etapi. Već preko dve decenije veliki F1 cirkus oslanja se na pomoć računara, a sada je najopremljeniji sport po pitanju kompjuterske tehnike i strogo prati sve inovacije u kompjuterskom svetu.

Kada je 1991. godine Najdžel Mensel startovao na Kanadskom Grand Prixu u svom Williamsu FW14, vozio je prvi kompjuterski kontrolisani bolid. Trka nije bila uspešna jer je neposredno pred ciljem motor otkazao, tako da je Mensel ovu istorijsku trku, koja označava početak primene kompjutera unutar samih F1 bolida, zamalo izgubio. Ipak, sledeće godine, Najdžel Mensel je u svom kompjuterizovanom FW14B osvojio šampionsku titulu.

CAD i CAM

Od tog vremena udeo kompjutera u trkama Formule 1 konstantno se povećavao. Pošto se danas bez kompjutera u Formuli 1 ne može, uspeh nekog tima ogleda kvalitet velike kompjuterske firme koja ga podržava. Iako kompjuteri imaju aktivnu ulogu u svakoj fazi ovog sporta, naročitu važnost pokazali su u najosetljivijoj etapi – dizajnu bolida.

Već preko deset godina kompjuteri imaju svoje prste u nekom delu dizajna, a od pre pet godina svi delovi bolida svih timova dizajniraju se na računaru. Glavna prednost CAD-a (Computer Aided Design) nad starim projektovanjem na papiru jeste mogućnost sklapanja 3D renderovanih delova u kompleksne mašine. Programi kao što je CATIA omogućuju dizajnerima da sklope ceo bolid i otkriju eventualne probleme mnogo lakše i brže nego tumačenjem 2D nacrta. Softver za CAD povezan je sa tzv. FEA programima (Finite Element Analysis – analiza metodom konačnih elemenata). Ove aplikacije testiraju pojedine komponente i sklopove – kako njihovu trenutnu izdržljivost na ekstremne sile, tako i ponašanje u uslovima dugotrajnog naprezanja. FEA daje dizajnerima vredne podatke o specifikacijama materijala koji moraju da se upotrebe za svaki pojedini deo. CATIA je softver kompanije „Dessault Systems” i razvijen je za avioindustriju, a timovi Formule 1 znaju da cene integrisane opcije za testiranje aeordinamike. „McLaren”, koji sarađuje sa „Sunom” već 14 godina, pokreće CATIA-u na osamdeset „Sunovih” Ultra SPARC radnih stanica i jedan UltraSPARC server; ovaj softver je najčešći u Formuli 1 i koriste ga i „Ferrari”, „Prost”, „Sauber” i „Arrows”.

Nakon CAD projektovanja i renderovanja (u razvojnoj ekipi „Jaguara” koja sarađuje sa „Hewlett-Packardom” radi 55 CAD dizajnera) dolazimo do aerodinamike. Iako većina ekipa i dalje koristi vazdušne tunele za testiranje (veliki timovi kao „Ferrari” i „McLaren” imaju svoje tunele koji rade 365 dana godišnje), svi delovi koji dolaze i kontakt sa vazdušnim strujama i finalni model bolida prvo se trestiraju putem CFD softvera (Computational Fluid Dynamics – računska dinamika fluida). Dok vazdušni tuneli daju samo sirove podatke koji se tek onda kompjuterski obrađuju, CFD odmah daje finalne rezultate i dijagrame kretanja vazduha oko bolida. Pošto su CAD i CFD aplikacije uvek povezane, dizajneri mogu da dobiju povratnu informaciju o unetim promenama za samo nakoliko minuta, dok bi za testiranje u vazdušnom tunelu bili potrebni u najmanju ruku dani.

Druga direktna pogodnost kompjuterskog dizajna je mogućnost da se bilo koji izmenjeni deo gotovog bolida mnogo brže pravi zahvaljujući CAM-u (Computer Aided Manufacture). Umesto da se nacrt pojedinog dela šalje u radionicu, on se s računara direktno šalje mašini, kao kada šaljete dokument printeru. Na ovaj način izbegava se ručno podešavanje mašina i alata čime se izbegavaju greške, a vreme proizvodnje višestruko se ubrzava. Ovo je posebno bitno kod kompleksnih delova, tako npr. automatizovanoj glodalici potrebno je oko 36 sati da titanijumsku polugu pretvori u nosač točka. Da nije automatizovan, ovaj proces trajao bi danima. Ekipe „Jordan” i „Jaguar” sarađuju sa „Hewlett-Packardom” već osam godina i koriste HP stereo litografske štampače (formiranje likova uz pomoć lasera), čime se dobija 3D model bolida u pravoj veličini (laserski zraci formiraju ivice „odštampanog” bolida). Za dizajniranje bolida ovi timovi koriste HP Workstation računare i HP N-Class Unix Servere sa HP Open View softverom za smeštanje podataka. Ovolika kompjuterska snaga rezultuje velikim ubrzanjem procesa dizajniranja – za stvaranje modela bolida „od nule” potrebo je samo pet dana.

Količina podataka koja se dobija svim ovim procesima je velika, pa je potrebno obezbediti brze mreže i dosta mesta za skladištenje. Tako npr. dok su na putu, svaki član Williamsovog tima opremljen je umreženim iPaqom, a u svakom terenutku u garaži pit stopa radi četrdesetak Evo N600 laptopa i bar šest Pro Liant servera. Zahvaljujući ISND vezama „Nortel Networksa” mreža na terenu povezana je s Williamsovim štabom u Grouvu (Grove) u Engleskoj, gde je još toliko računara umreženo sa matičnim HP Alpha super-računarom koji je instaliran prošle godine i odgovoran je za CFD proračune. Pre početka ove sezone HP je proširio kapacitet sistema za 30%, pa Williamsov super-računar raspolaže sa 128 GB RAM-a i preko terabajt memorije sa skladištenje podataka!

Ispod haube

Kada završen dođe na stazu, svaki od dvadeset dva bolida zavisi od osetljive elektronske opreme koja njim upravlja. U svakom bolidu nalazi se preko kilometar kabla i na stotine senzora koji prate i upravljaju različitim sistemima. Koliko je ova oprema važna vidi se i u podatku da po pravilu u svakoj trci jedan vozač odustaje zbog problema sa elektronikom.

Snaga bilo kog motora Formule 1 rezultat je rada kompjutera koji kontroliše i sinhronizuje rad svih sistema unutar motora. ECU (Electronic Control Unit) može da potpuno promeni ponašanje motora od staze do staze. Pošto sve komande, bez obzira da li su papučice ili na volanu, nisu povezane direktno sa motorom već sa ECU putem senzora. Tako će na stazama gde vozač na izlasku iz šikane može slobodno da primeni maksimalno ubrzanje gas biti podešen da odmah reaguje na najmanji dodir, dok će na stazama sa mnogo uzastopnih krivina, gde je bitno pažljivo doziranje brzine (kao npr. Monako), gas će biti podešen tako da ubrzava postepenije. ECU podešava mnogo više parametara od puke osetljivosti gasa u pitanju su desetine parametara od ubrizgavanja goriva do broja obrtaja u minutu. Ova poslednja vrednost je veoma bitna. Naime, da bi F1 motor bio optimalno iskorišćen, on mora konstantno da radi u opsegu 15.000-18.000 obrtaja u minutu. ECU pazi da ova vrednost uvek ostane u željenom opsegu i dozira obrtni momenat. ECU kontroliše i kvačilo, elektronski difernecijal i menjač. Vozač kontroliše kvačilo samo kada bolid kreće, ali ne pri menjanju brzina, jer Ecu omogućuje menjanje brzine za 100 milisekundi bez potrebe za smanjenjem gasa. ECU takođe automatski otpušta kvačilo pri proklizavanju i obrtanju bolida da se motor ne bi ugasio. Na kraju, ECU upravlja elektronskim diferencijalom koji kontroliše proklizavanje između zadnjih točkova pri ulazu i izlazu iz krivine. Ovaj diferencijal takođe se podešava prema stazi i stilu vožnje vozača.

Trening i pripreme

Posle dizajniranja bolida dolazi testiranje i tu je ključna reč – telemetrija. Po definiciji, telemetrija podrazumeva skup podataka koje svi senzori na bolidu prikupe u toku vožnje i mogu da se downloaduju kako bi inženjeri pratili performanse automobila. U toku probnih vožnji bolid šalje podatke sa svojih senzora o gotovo svim delovima od kojih je napravljen. Prosečna šasija sastoji se od oko 4000 delova dok broj delova motora zavisi od modela. Svaki od njih prati se pojedinačno i na osnovu sakupljenih podataka stvara se statistička slika o kvalitetu i performansama svakog dela ponaosob. Ovi statistički rezultati čuvaju se jer su od neprocenjive vrednosti kako za potencijalne ispravke na aktuelnom tako i za dizajn budućih bolida.

Najvažniji podaci – brzina, temperatura motora i kočnica, ponašanje vešanja, udaljenost od staze, reakcije vozača i opterećenje u krivinama – prate se na dva načina, pa odatle i dve vrste telemetrije. S jedne strane je oko četiri megabajta podataka koji se odašilju mikrotalasnim predajnicima kao paket svaki put kada bolid prođe pored pit-stopa i još četrdesetak megabajta po krugu koji se downloaduju priključivanjem laptopa na bolid dok je ovaj u boksu. S druge strane je stalno nadgledanje bolida. Takođe radio-vezom u mikrotalasnom opsegu, bolid konstantno, u relanom vremenu, javlja svoju poziciju na stazi i nekoliko osnovnih senzorskih vrednosti.

Većina timova koristi softver za telemetriju koji su razvili njhovi IT partneri kao „HP” ili „TAG Electronics”, ali „McLaren” je otišao korak dalje i razvio sopstveni sistem ATLAS (Advanced Telemetry Linked Acquisition System) za koji se veruje da je najnapredniji sistem za praćenje telemetrije u Formuli 1.

Trka

Čak i kada počne sezona, testiranje ne prestaje. Podaci o ponašanju bolida u toku trke neprestano stižu do dizajnerskog centra gde se trenutno radi na promenama koje bi trebalo da poboljšaju karakterisike bolida. Naravno, mehaničari i dizajneri ne gledaju u ove podatke zato što ih interesuje sakupljanje statističkih podataka, već da pomognu vozaču na stazi da što uspešnije završi trku. Dramatična poboljšanja u performansama koja se ponekad dese preko noći između treninga i trke nikada nisu rezultat puke sreće, već neprestanog truda celog tima da bolid prilagodi trenutnim uslovima na stazi.

Kada se upali zeleno svetlo, bitno je ostati „konektovan” na bolid i primati informacije o njegovom ponašanju. Tim prolazi kroz ove podatke i donosi odluku o odlasku u boks ili o savetima vozaču („Pregrevaš kočnice...” ili „Smanji broj obrtaja...”). Da bi pratili sve te podatke, ljudi iz tima osećaju se kao piloti aviona – prateći nekoliko monitora istovremeno. Preko brzih satelitskih veza prikupljeni podaci šalju se u centralu koja se najčešće nalazi daleko od mesta održavanja trke. U centru „McLarena” u Engleskoj postoji realni model, duplikat bolida na trci na kom se simuliraju uslovi koji vladaju za vreme trke. Na osnovu nekoliko brzih simulacija tim iz centra može za vreme same trke da pošalje ekipi u boksu uputstva za vršenje potrebih promena koje mogu da preokrenu tok trke u korist svog vozača. Često se i u publici nalaze radio prijemnici i računari koje donose fanovi kako bi pratili šta se tačno dešava u njihovom omiljenom timu.

Od ove godine ponovo je dozvoljena tzv. bidirekciona telemetrija koja omogućuje timu iz boksa da podešava ECU bolida u toku trke dok je ovaj na stazi. Ova tehnologija zabranjena je 1993. godine između ostalog zbog strahova FIA-e od upadanja u sistem i sabotaže. Svi timovi koriste neki oblik kodiranja, a već ove sezone na trci u Monaku imali smo priliku da vidimo bidirekcionu telemetriju na delu. Naime, pred kraj trke Dejvid Kultard je vodio u trenutku kada je dim pokuljao iz njegovog bolida. No, ovaj događaj nije zabrinuo inženjere, jer su oni istog trenutka otklonili uzrok. Zbog kvara, sistem za podmazivanje je ubacivao previše ulja u cilindre. Mehaničari su zaključili da motor može da izdrži do kraja trke bez podmazivanja i preko radio-veze su potpuno isključili dovod ulja.

Jedna od najbitnijih stvari u Formuli 1 jeste tačno merenje vremena. Za to je zadužena (naravno) švajcarska firma „TAG-Heuer”. Švajcarska tačnost je u Formuli 1 uveliko podržana kompjuterima. Svaki automobil ima na šasiji iza prednje osovine transponder koji šalje identifikacioni radio-signal datog bolida, tako da se pri prolasku pored antena raspoređanih pored staze vreme meri tačno u milisekundu. Isti sistem detektuje prerani start i odstranjuje neregularnosti na samom početku trke.

A Sena?

Za jednog od najharizmatičnijih vozača Formule 1 vezana je i jedna od najvećih kontroverzi. Njegova smrt u krivini Tambiurello na trci u Monci i dalje je obavijena velom tajni i pretpostavki. Pored brojnih bezbednosnih sistema koji danas isključuju ovakve nesreće, stalno praćenje podataka o bolidu eliminiše nagađanja.

Formula 1 i računari dele glad za što većom brzinom, pa nije čudno da su tako efikasni u zajedničkom radu. Do trenutka kada će biti u stanju da potpuno zamene vozača, računari ostaju vredna alatka bez koje niko u Formuli 1 više ne može ni da pomisli na pobedu.

Dušan STOJIČEVIĆ, Dragan KOSOVAC