Les voitures modernes de Formule 1 (F1) sont des machines intelligentes, connectées et en réseau, qui peuvent comporter des centaines de capteurs et plus d’un kilomètre de câblage. Ces capteurs fournissent des milliards de points de données qui permettent aux équipes d’analyser les performances et de surpasser les concurrents.
Où se trouvent donc tous ces capteurs, quelles données collectent-ils et comment ces données sont-elles utilisées par les ingénieurs et les pilotes ? Intéressons-nous en détail aux systèmes de collecte de données intégrés dans les voitures de F1 modernes.
Quels sont les capteurs présents sur une voiture de F1 et quelles données collectent-ils ?
Sans entrer dans les détails de la conception, il faut savoir qu’une voiture comprend différents systèmes qui communiquent entre eux : moteur, échappement, boîte de vitesses, différentiel, aérodynamisme, etc. L’unité de contrôle moteur (ECU) est au centre du système et l’unité de contrôle électronique standard (SECU) est un petit ordinateur puissant au sein de l’ECU. Introduit en 2008, ce dispositif sert d’unité centrale pour le stockage, le traitement et la transmission à l’équipe des données sur la voiture.
La voiture comprend également un module de commande du groupe motopropulseur (PCM), une unité de contrôle principale pour l’enregistrement des données (MCU) et le volant sert d’interface de données distante pour les pilotes.
Des capteurs sont ensuite fixés à différents endroits de la voiture. Il en existe de trois catégories :
- les capteurs de mesure,comme les capteurs de pression et de débit de carburant ;
- les capteurs de surveillance, qui envoient des canaux de données sur l’état des systèmes de la voiture ;
- les capteurs de commande,qui induisent les réponses de la voiture en fonction des actions du pilote (démarrage, accélération, etc.).
Les capteurs peuvent être magnétique, optiques ou laser. Voici quelques exemples spécifiques :
- Capteurs de température : cela comprend les capteurs au niveau du moteur et de l’entrée d’air, ainsi que les capteurs sans contact qui mesurent la friction entre les pièces via l’énergie infrarouge. Les caméras thermiques peuvent également détecter la chaleur sans contact.
- Accéléromètres : mesurent les forces g lors des virages ou du freinage.
- Capteurs de pression : mesurent les systèmes hydrauliques.
- Capteurs à deux axes : mesurent le freinage et la direction.
- Capteurs de pneus : mesurent l’usure, l’adhérence, la température et la pression pour permettre aux ingénieurs de connaître l’état des pneus et les conséquences sur l’équilibre de la voiture.
- Sondes Pitot : petits tubes contenant des capteurs qui mesurent la vitesse de l’air. Des capteurs similaires sont utilisés sur les avions.
- Débitmètre à ultrasons :surveillent la consommation de carburant.
- Lasers :mesurent la distance de la voiture par rapport au sol.
- Potentiomètres d’amortisseur :mesurent la compression des ressorts et de la réponse au roulis du châssis.
Les voitures de F1 sont également équipées d’un enregistreur d’accident, une sorte de « boîte noire » qui collecte les données des capteurs et émet une alerte immédiate en cas d’accident.
Transmission des données des capteurs à l’équipe
Les capteurs et autres composants à bord de la voiture s’échangent des données via un réseau intégré au véhicule. Ces données sont ensuite enregistrées sur un serveur embarqué, puis chiffrées et envoyées aux équipes par radio, via l’antenne fixée sur la voiture. Toutes ces étapes ont lieu en quelques fractions de seconde.
La fréquence radio utilisée n’est pas ordinaire. Sur les circuits situés dans des villes congestionnées, comme Singapour, les interférences peuvent poser un problème pendant la course. L’entité chargée de l’organisation, Formula One Management (FOM), a créé un réseau standardisé qui exploite une liaison par fibre optique et des points d’accès partagés pour assurer le chiffrement des communications entre la voiture et le garage, pour chaque équipe. Ce système envoie de petits paquets de données en temps réel et les voitures peuvent également en transmettre par micro-ondes lorsqu’elles se trouvent à portée, lors d’un arrêt au stand.
À quoi servent les données collectées par les capteurs de la voiture ?
Dans un précédent article, nous nous sommes intéressés à la manière dont les équipes de Formule 1 obtiennent des données agiles à la périphérie et nous avons expliqué comment l’écurie Mercedes collecte, traite et stocke les données avec des datacenters mobiles pilotés par Pure Storage®. Mais comment les ingénieurs utilisent-ils ces données ?
À leur arrivée dans la salle des opérations, les données des voitures sont traitées et associées aux données audio et vidéo aux fins suivantes :
- Essais préparatoires. De la même manière qu’un pilote d’avion effectue une série de vérifications avant le vol, l’ingénieur des données teste les capteurs et procède à l’étalonnage et aux réglages nécessaires en fonction des conditions de la course. Chaque circuit est unique, il est donc important de relever les valeurs des capteurs avant le départ et pendant l’épreuve.
- Surveillance pendant la course. Le jour de la course, les ingénieurs peuvent détecter les problèmes grâce à la surveillance, ce qui permet au pilote de procéder à des ajustements immédiats. Supposons qu’un pilote suive un autre concurrent de très près pour tenter de le dépasser. L’échappement d’une voiture de F1, dont la température varie entre 950 et 1 000 degrés, fait l’effet d’un four. Si le moteur commence à atteindre un niveau de température dangereux, les ingénieurs peuvent demander au pilote de prendre du recul pendant le refroidissement.¹Les données des capteurs installés au niveau des pneus ont également permis à Mercedes d’effectuer un arrêt au stand stratégique lors du Grand Prix de Barcelone, permettant ainsi à Lewis Hamilton de remporter la victoire.
- Conformité réglementaire. La Fédération internationale de l’automobile (FIA), l’organe directeur de la F1, a strictement réglementé les technologies autorisées à bord des voitures et effectue des contrôles ciblés grâce aux données des capteurs. Elle a directement accès aux datacenters de chaque équipe.
- Renseignements stratégiques. Après une course, les données des voitures ne sont pas seulement stockées, elles sont regroupées et traitées pour préparer les saisons suivantes. Les données relatives aux concurrents sont également importantes. Il est possible d’isoler les données des capteurs d’une voiture en particulier ou de comparer les différents participants. Prenons les virages, par exemple. En superposant les données des capteurs de plusieurs voitures, on peut comparer deux trajectoires et identifier la plus performante.
- Comportement du pilote. Les capteurs génèrent des données de télémétrie et de journalisation à partir de la voiture elle-même, mais ils surveillent également les comportements du pilote. Ces données sont très utiles aux équipes, qui peuvent ainsi fournir des informations concrètes sur la manière d’améliorer la conduite. Les mesures relatives au pilote comprennent le pourcentage du tour effectué à plein régime, l’utilisation des freins et l’abord des virages.
