Gêmeos digitais ajudam a Mercedes-AMG Petronas Motorsport a obter resultados na F1

Diversos fatores contribuem para a performance de um carro de Fórmula 1 – design, aerodinâmica, configuração, estratégia – e um herói pouco lembrado: o simulador de Analytics. Equipes da F1, como a Mercedes-AMG Petronas Motorsport, investem em simuladores que imitam a experiência real da pista e maximizam os benefícios da tomada de tempo no circuito (benefits of limited on-track testing time). Gráficos, ajuste do banco, volante e sons, entre outros, são reproduzidos para dar aos pilotos a sensação de que eles estão em um dos circuitos. O simulador Mercedes-AMG Petronas Motorsport e a tecnologia em sua volta já provaram ser uma combinação vencedora, e com uma crescente importância à medida que a tecnologia continua a avançar rapidamente.

Os simuladores mudaram o panorama da F1 e, ainda assim, o termo “simulador” é mal compreendido. Apesar de não ser uma pista de verdade e com algumas restrições no teste, é um substituto muito próximo das condições do mundo real. E está sendo um sucesso. Os engenheiros e os pilotos do simulador que se dedicam a estudar bilhões de combinações potenciais de setup do carro são mais do que engenheiros, são astros do rock, com a vantagem de terem acesso a dados impressionantes que ajudam a orientar as decisões para os carros de Lewis Hamilton e Valtteri Bottas.

Configurados com todas as especificações da corrida e do carro, inclusive do volante, pedais, e ajuste do banco, os simuladores replicam o ambiente da pista e reproduzem a sensação de estar no carro. O que acontece no simulador impacta fortemente o que acontece na pista no dia da corrida; o setup certo, validado pelo simulador, dá aos pilotos o que eles precisam para iniciar no grid.

“Nós desenvolvemos o simulador para nos ajudar a compreender a estratégia e o setup, dando a toda a nossa equipe uma vantagem competitiva para a corrida”, afirma Ivo Marlais, engenheiro líder do simulador da equipe Vehicle Dynamic Group (VDG), chefiado por Loic Serra, diretor de performance.

Serra trabalha com Marlais, e Michael Sansoni, engenheiro sênior de perfomance e simulação, para ajudar a criar o carro mais rápido possível. Eles usam o simulador para testar componentes e melhorias, usando o feedback dos pilotos para entender os efeitos na performance do carro e estratégia da corrida. A equipe VDG também é responsável por dar suporte nas corridas por meio dos resultados obtidos com os simuladores dos carros. Enquanto o grupo dos simuladores se debruça sob uma profunda análise do comportamento do carro, os engenheiros da VDG reproduzem uma “pré-corrida”, extraindo os principais dados de setup que fornecem informações preciosas para as próximas estratégias.

Não é uma tarefa fácil extrair dados do simulador a partir de mais de meia semana de coleta de informações, uma quantidade enorme. Não é uma tarefa fácil extrair dados do simulador de suporte com mais de meia semana de dados – um volume colossal.

DESAFIOS – Enquanto as equipes veem enormes vantagens no simulador e nas emulações da “pré-corrida”, isso não quer dizer que não existam desafios. Um dos maiores desafios é lidar com a enorme gama de configurações e o número de parâmetros que podem ser implementados. Com todas essas combinações, as equipes precisam descobrir as configurações ideais do carro para as próximas condições climáticas e da pista. Essas configurações são desenvolvidas para atender tanto o carro quanto o piloto, e fornecem uma vantagem significativa contra os adversários na qualificação e no dia da corrida.

“Com o setup, pode haver mais de um bilhão de combinações em áreas que podemos ajustar e parâmetros de setup que podemos fazer. Cada combinação tem potencial de ser a mais rápida para um determinado carro, dia, circuito e piloto. Precisamos ter certeza de que conseguimos o setup perfeito e é para isso que utilizamos a Tibco, onde encontramos os benefícios de desempenho”, diz Sansoni.

O objetivo do simulador é ajudar a Mercedes-AMG Petronas Motorsport a configurar o carro para correr mais rápido, agilizar o desenvolvimento do carro e aumentar a capacidade e a velocidade da equipe para ajustar os avanços durante a temporada.

“A nossa meta mais importante é descobrir onde precisamos melhorar, onde nossa concorrência é mais forte, onde temos pontos fracos e onde temos áreas de atuação em que podemos avançar. Realmente, esse é o objetivo principal”, afirma Marlais.

Um simulador F1 também dá ao piloto uma oportunidade de testar em primeira mão as características de um novo design e de entender como elas irão afetar o desempenho antes de irem à pista. “Nós tentamos incorporar tudo o que os pilotos sentem quando estão no carro – o volante, os sons e visuais”, complementa Marlais.

DADOS – Os dados estão no centro de todo o trabalho de simulação. E, com mais de um bilhão de combinações possíveis de configuração, a equipe precisa filtrar rapidamente os dados para obter o setup ideal. Isso envolve interactive visual analytics, data science e cenários hipotéticos para otimizar os parâmetros de configuração e equilíbrio do carro. Metas e parâmetros são rastreados durante toda a temporada. Quando o desempenho em uma corrida é insatisfatório, há mais espaço para otimizar a configuração para a próxima corrida.

“Estamos falando de milhares de canais que monitoramos enquanto operamos o simulador”, comenta Marlais. “Obtendo dados para cada corrida, armazenando-os e depois acessando-os e analisando-os depois e no local.” É claro que todos, incluindo o campeonato, gostariam de saber quanto tempo a Mercedes-AMG Petronas Motorsport gasta no simulador, mas isso é uma questão de tradição competitiva muito bem guardada.

De acordo com Marlais, uma das chaves para o sucesso da equipe é entender quais áreas são importantes e focar nelas. A equipe já tem uma boa ideia de como o carro precisa melhorar durante a temporada e o que é necessário para a próxima corrida. O ajuste minucioso de configurações e simulações anteriores é, dessa forma, de suma importância.

“Estamos gerando cada vez mais dados e precisamos processá-los e entregá-los de maneira que o engenheiro possa interpretá-los o mais rapidamente possível”, disse Serra.

ELIMINANDO INCONGRUÊNCIAS – Para coletar e entender os dados do simulador, a equipe usa o software da Tibco, em especial o Tibco Spotfire visual analytics e o Tibco Data Science para monitorar constantemente novos dados que estão disponíveis para análise. De acordo com Marlais, a equipe usa o Matlab para manipular dados de simulação bruta e gerar o resultado para o Spotfire visual analytics. Os conectores de dados Spotfire e as conexões de funções de dados para o software Tibco Data Science fornecem acesso a todas as fontes de dados, expressões de data science fáceis de usar e uma tela gráfica abrangente. Esses recursos permitem a análise visual interativa rápida de varreduras de simulação pré-evento, com marcas de filtro e vinculadas a pincel, que ajudam a gerar instantaneamente insights mais bem informados sobre o veículo. Além disso, os parâmetros de configuração são monitorados durante toda a temporada para orientar a configuração para futuras corridas.

“O Spotfire Analyctics é usado para filtrar e quantificar dados de uma maneira mais compreensível”, diz Marlais. “Isso nos ajuda a filtrar parte do ruído e nos fornece métricas, que podemos usar para entender a variação estatística.”

O software Spotfire fornece resultados em apenas alguns minutos. A maneira antiga de analisar os dados significava esperar que o engenheiro fizesse uma captura de tela, uma sobreposição para comparação, a circulasse via e-mail e esperasse pela análise. Eram horas críticas desperdiçadas em tarefas manuais que a solução Spotfire executa rapidamente. Fluxos de dados Spotfire e conexões com o software Tibco Data Science são usadospara projetar recursos, prever parâmetros e visualizar resultados em eventos de streaming. O software permite que os engenheiros percebam, respondam e ajustem rapidamente o foco para as importantes combinações de parâmetros.

O software Spotfire também ajuda a equipe a otimizar o processo, fornecendo um local centralizado para inteligência de corrida, visualização rápida e o questionamento de todos os dados atuais e acumulados. A análise da Spotfire ajuda a equipe a filtrar os erros na fase de simulação e a estabelecer o que o piloto faz consistentemente, volta após volta. Quanto mais a equipe explora a configuração do carro em execução no simulador, mais ele pode entender o comportamento do carro. E, ao entender o carro e investigar os detalhes usando o ambiente Tibco Spotfire e Tibco Data Science, a equipe pode descobrir onde deve melhorar o desempenho.

“A análise do Spotfire tornou nossos processos mais eficientes. Isso nos fez visualizar nossos dados com mais clareza, focando os detalhes e distribuindo e compartilhando nossas descobertas em toda a empresa”, comenta Marlais.

COLABORAÇÃO – O software Spotfire garante que todos os membros da equipe interessados em configurar estejam visualizando os mesmos dados e validando as mesmas conclusões. Todo desenvolvimento para o carro precisa ser derivado dos dados que são analisados e as conclusões feitas entre o grupo de especialistas.

Com todos tendo a mesma visão e validando as mesmas conclusões, as decisões de configuração podem ser implementadas instantaneamente pela equipe de pit e pelos mecânicos. O processo permite que a equipe seja mais proativa e reaja mais rapidamente a situações incertas, como uma asa dianteira quebrada. “Precisamos ser capazes de cobrir 0,1% da incerteza e é isso que a Tibco nos fornece”, frisa Sansoni. “Isso nos dá a capacidade de reagir rapidamente e fazer essas mudanças quase instantaneamente para ajudar o carro a melhorar para ser o mais rápido possível na corrida de domingo.”

Um dos mais importantes regulamentos de testes de simulação com os quais a equipe deve lidar é o do toque de recolher das sextas-feiras antes do dia da corrida. As equipes de F1 estão proibidas de operar na pista por um período de oito horas durante a noite. Como a equipe já realizou duas ou três sessões de treinos, tem que ser muito rápida em suas análises e conclusões dessas sessões para dar aos mecânicos uma chance de montar e melhorar o carro antes da manhã seguinte.

A equipe lida com esses regulamentos com colaboração inteligente e sucinta. Como a equipe é limitada no número de pessoas que podem trabalhar na pista, ela depende de várias subequipes remotas, todas especialistas em suas áreas exclusivas. Equipes que trabalham nas fábricas analisando os dados simultaneamente permitem que a equipe de acompanhamento faça melhorias mais apuradas. Todos estão olhando para os mesmos dados harmoniosamente – não importando o papel deles ou onde eles estão localizados.

O gerenciamento do simulador também é um esforço de equipe. Há o engenheiro de teste que define o programa e os itens de teste. Há o engenheiro que está analisando os dados ao vivo e processando-os à medida que eles saem do carro. A equipe de operações garante a precisão entre o que o carro está fazendo e os dados que estão sendo coletados. E depois há os pilotos.

Mas é a interação entre o engenheiro e a equipe de operações que faz melhorias no carro ao longo do dia. A colaboração é essencial para garantir que os resultados corretos sejam comunicados, e o software Spotfire é um dos principais condutores para garantir que isso aconteça.

Mais colaboração interdepartamental ocorre quando a equipe do túnel de vento fornece à equipe do VDG entradas de dados de aerodinâmicas para o simulador. A equipe do simulador toma a configuração do carro recomendada prescrita pela equipe de aerodinâmica, avalia e testa no local para determinar o sucesso em potencial. Definir metas para aerodinâmica e processamento de alta pressão (HPP), bem como monitorá-los, é cada vez mais importante à medida que a temporada avança. A análise do Spotfire permite rastrear e comparar esses parâmetros nas configurações da pista e otimizar os parâmetros durante toda a temporada.

“Antes de executarmos uma simulação, temos que validar cada uma dessas informações, garantir que a precisão esteja correta e garantir que ela represente corretamente o que o componente físico está fazendo”, conta Sansoni. “Quando tivermos todos esses componentes, podemos começar as simulações para entender como o carro se comportará quando você colocar todos os componentes individuais e únicos juntos.”

Assim, com todos os novos dados, as novas plataformas aerodinâmicas e o desempenho ideal das unidades de suspensão e potência, a combinação mais rápida pode ser escolhida dentre a grande variedade de combinações possíveis.