Перевод статьи Racecar Engineering
Скот Рэймонд является одним из ведущих специалистов IMSA в сфере создания регламента и требований баланса в автоспорте. Скот работал в разных командах Indycar и IMSA в качестве ведущего инженера производительности. Теперь он является руководителем компании, которая специализируется на специальном ПО для разработки правил BoP. В серии статей про баланс я переведу его рассказ про особенности баланса машин в автоспорте, как его создают и что он означает на самом деле.
Баланс производительности. У некоторых эта, казалось бы, невинная фраза вызывает чувства отвращения, гнева, тревоги и/или предательства. Как человек, который работает над BoP каждый день, я не могу не чувствовать себя хотя бы частично ответственным за некоторые негативные эмоции, которые вызывает эта простая фраза. Чувствую ли я себя виноватым? Ни в коем случае, потому что я активно работаю над тем, чтобы изменить отношение производителей, команд, гонщиков и болельщиков к балансировке производительности.
Чтобы понять, что я делаю для изменения восприятия BoP, нам придется сначала рассмотреть некоторые важные вводные темы, связанные с ним. Но в процессе написания этой статьи стало совершенно ясно, что потребуется не один материал, чтобы охватить все, что я хотел бы, поэтому это станет серий статей на тему баланса. В этой статье, однако, я сначала объясню, что вообще дает мне право писать о балансе производительности. Затем, рискуя быть осмеянным, я отвечу на вопрос, нужен ли вообще BoP (предупреждение о спойлерах; если вы яростно ненавидите BoP, мой ответ вам не понравится!) Когда формальности позади, я рассмотрю цель BoP на практическом примере и, наконец, обсужу некоторые факторы, мотивирующие решения о балансировке производительности.
Мое первое знакомство с миром BoP произошло в начале 2010-х годов, когда я работал гоночным инженером на автомобиле GT в серии Grand-Am (сейчас IMSA WeatherTech Sportscar Championship). Мы чувствовали, что автомобилю требуется больше передней прижимной силы, поэтому мы разработали новую систему вентиляции, чтобы предотвратить скопление воздуха под передней частью кузова. Предложенная конструкция была представлена на рассмотрение в Grand-Am, и в итоге наше предложение было отклонено. Ненавидел ли я этих людей за то, что они отвергли мою идею? Конечно! Но это было давно, и сейчас я работаю рядом с некоторыми из тех же самых людей. До разработки автомобиля в Grand-Am мой опыт заключался в основном в гонках с открытыми колесами (Champ Car и IndyCar) и прототипах (ALMS LMP1 и P2).
В промежутке между World Challenge и Grand-Am я работал с Newman-Haas Racing в Champ Car (Себастьен Бурдэ), De Ferran Motorsports в ALMS и IndyCar (LMP2 и LMP1 с Жилем де Ферраном, Симоном Пажено и Скоттом Диксоном, и IndyCar с Рафаэлем Матосом). Экономика в 2010 году была ужасной, поэтому я устроился на работу профессором по инженерным вопросам автоспорта в IUPUI (Indiana University-Purdue University Indianapolis), продолжая при этом заниматься разработкой гоночных автомобилей в Dale Coyne Racing в IndyCar (снова Алекс Ллойд и Бурде) и Andretti Autosport (Райан Хантер-Рэй, Джеймс Хинчклифф и Марко Андретти).
В 2014 году я перешел в IMSA, где принимал активное участие в разработке нового процесса BoP, определении изменений, которые необходимо внести в болиды, и представлении результатов анализа участвующим производителям. Я с головой окунулся в процесс BoP, и, хотя он был трудным и сложным, я был рад увидеть, что с 2016 по 2017 год число производителей, участвующих под эгидой IMSA, увеличилось примерно на 30 процентов.
Редкий зверь
В 2017 году я основал собственную компанию ORCA Engineering для разработки программного обеспечения, которое позволяет быстро и эффективно обрабатывать огромные объемы зарегистрированных данных об автомобиле. Это программное обеспечение называется OPAA (ORCA Performance Analysis Application), и оно было разработано для поддержки баланса производительности, хотя приложение применимо ко многим областям за пределами баланса производительности. В настоящее время ORCA Engineering работает с ADAC Nordrhein над BoP для 24-часовой гонки на Нюрбургринге и клиентов регулярного сезона VLN (теперь NLS). Кроме того, ORCA работает с SRO Motorsports в Америке и Европе. Оба этих клиента используют OPAA, чтобы помочь определить, какие изменения баланса характеристик необходимы перед каждым соревнованием.
Мне очень повезло, что я могу использовать такой богатый опыт в различных видах гонок, будь то в качестве гоночного инженера в ChampCar, IndyCar, LMP1, LMP2 или GT3; или при проведении анализа и рекомендаций по BoP для DPi, LMP2, GTE, GT3, GT4 и автомобилей класса туринг. Я могу использовать эти знания не только для разработки современного инструмента анализа, но и для применения результатов этого инструмента, чтобы помочь клиентам достичь их целей. Фактически, именно это делает данную статью уникальной - она написана человеком изнутри, и представленные в ней перспективы основаны на практическом опыте, а не на гипотетических сценариях стендовых гонок.
В балансировании
Вопрос, который чаще всего задают в гонках, заключается в том, нужен ли вообще баланс производительности. Я часто слышу или читаю высказывания, которые можно свести к следующим: "пусть гоняются на том, что построили", "пусть победит лучшая конструкция" или "это гонки, а не благотворительность", от экспертов, которые считают, что BoP излишне и искусственно усложняет гонки. Это неизбежно приводит к распространенному вопросу в современных гонках с участием нескольких производителей: "Действительно ли BoP необходим?".
Я поставлю свою шею на кон и скажу: "Да. Абсолютно!" Это не потому, что мои средства к существованию зависят от гоночных серий, требующих BoP, а потому, что я основал скромную успешную компанию и буквально создал новое средство к существованию, сосредоточенное вокруг процесса BoP. Ни при каких обстоятельствах никто не может создать прибыльную компанию вокруг ненужного процесса.
Есть еще несколько причин, по которым я считаю, что BoP абсолютно необходим в современных гонках с несколькими производителями, и многие из них уже обсуждались в других статьях. Для меня самой важной причиной внедрения процесса баланса характеристик является поддержание устойчивости гоночного класса, а вместе с ним и устойчивости гоночной серии. Устойчивость в этом смысле означает здоровый размер стартовой решетки, несколько заинтересованных производителей, бюджет, который оправдан как для владельцев команд, так и для производителей, и преданную базу болельщиков.
Когда в конкретном гоночном классе есть здоровый размер стартовой решетки, это может способствовать привлечению большего числа участников в серию. Это не только делает гонки намного лучше, но и является страховым полисом для серии и владельцев команд. Когда серия нежизнеспособна, размер решетки обычно уменьшается, и команды вынуждены закрываться или уезжать в другие места для проведения гонок. Но здоровая решетка означает, что серия может позволить себе потерять нескольких участников из-за не зависящих от нее факторов, не испытывая при этом сильной боли.
Участие производителей укрепляет доверие к серии и является хорошим источником дохода для нее. Привлеченные производители будут тратить деньги на рекламу своего бренда и повышать узнаваемость гоночной серии. Другие производители, вероятно, будут привлечены к серии, в которой участвуют несколько других производителей и которая рассматривается как устойчивая платформа. Опять же, более активное участие производителей действует как страховой полис для серии, потому что один или два производителя могут уйти, а серия все равно выживет. В конце концов, вы же не хотите, чтобы класс с несколькими производителями превратился в класс с одной маркой.
Баланс расходов
Обязательно нужно учитывать бюджетную перспективу, поскольку без BoP производители тратили бы деньги до беспамятства, пытаясь получить любое преимущество в производительности над конкурентами. Команды делают то же самое, если они предоставлены сами себе. Ничто не мешает команде или производителю потратить больше, чем их конкуренты, но, надеюсь, BoP поможет предотвратить слишком большие расходы.
Когда серия растет, у нее появляется больше поклонников, а без поклонников любое участие производителя на высоком уровне - то есть прибыльное - скоро исчезнет. Маркетинг продукта для всех - это довольно плохая стратегия, которую обычно не применяют более успешные компании.
В целом, баланс производительности необходим, потому что он ведет к устойчивой гоночной практике. Устойчивость облегчает рост, а рост ведет к увеличению числа болельщиков и повышению ценности серии. Понимая необходимость BoP, мы можем легко понять его конечную цель: убедиться, что все производители и команды уверены в том, что они могут быть конкурентоспособными на любом гоночном соревновании.
Баланс производительности - это не подавление творчества или наказание кого-то за слишком высокую скорость, это просто создание устойчивой гоночной среды, предоставляющей равные возможности для всех участников.
Пример
Чтобы понять цель баланса производительности, давайте рассмотрим реальный пример. Начнем с трех различных автомобилей GT3, разработанных тремя разными производителями: BMW M6 GT3, Ferrari 488 GT3 и Porsche 911 GT3 R. Мы рассмотрим некоторые основные характеристики серийных версий этих автомобилей, а затем сделаем вывод о том, как гоночные автомобили будут вести себя относительно друг друга.
У каждого автомобиля разное расположение двигателя относительно шасси; BMW M6 имеет передний двигатель, Ferrari 488 - средний двигатель, а Porsche 911 - задний двигатель. Различия в расположении двигателей приводят к трем различным распределениям массы: BMW имеет переднее, Ferrari - сбалансированное, а Porsche - заднее распределение массы.
Быстрый поиск в Интернете позволяет найти габаритные размеры базовых серийных моделей каждого из этих автомобилей. Эти размеры не являются точными размерами гоночного автомобиля, но они достаточно похожи, чтобы мы могли продемонстрировать влияние габаритных размеров (см. таблицу 1). Мы рассмотрим влияние этих размеров на аэродинамические характеристики, а также на высоту центра тяжести.
Аэродинамические свойства
Первое, на что следует обратить внимание с точки зрения аэродинамики, - это различия в площади лобовой части: у Porsche она наименьшая, у Ferrari всего на 1,3% больше, чем у Porsche, а у BMW на 12,7% больше, чем у Porsche. Различия в площади лобовой части влияют на сопротивление, создаваемое автомобилями на скорости. В зависимости от коэффициента сопротивления Ferrari и Porsche, они будут испытывать одинаковые силы сопротивления из-за сопротивления, в то время как BMW будет испытывать значительно большее сопротивление из-за аэродинамического сопротивления независимо от коэффициента сопротивления.
Продолжая рассматривать аэродинамические свойства каждого автомобиля, можно сказать, что боковой профиль автомобиля влияет на то, сколько прижимной силы создает днище автомобиля. Сверху автомобиль можно представить как большое крыло, большая площадь которого, как правило, приводит к увеличению прижимной силы. В плане площади BMW M6 примерно на 4,6 процента больше, чем Ferrari 488, и на 11,4 процента больше, чем Porsche 911. Из этих цифр можно сделать вывод, что BMW будет иметь наибольшую прижимную силу, за ней следует Ferrari, а затем Porsche.
Центр тяжести
Последнее, что мы рассмотрим в отношении габаритных размеров, - это высота автомобиля. Это влияет на высоту центра тяжести, который, в свою очередь, влияет на характеристики передачи нагрузки на автомобиль при торможении, ускорении и прохождении поворотов. Как правило, транспортное средство с большей высотой имеет более высокий центр тяжести, поскольку большее количество материала расположено выше от земли. В случае с примерами автомобилей, Ferrari 488 имеет самую низкую высоту, Porsche 911 на 64,0 мм (5,3%) выше Ferrari, а BMW M6 на 188,5 мм (15,6%) выше Ferrari. Более высокая высота у BMW может привести к недостаткам в сценариях передачи нагрузки, поскольку большая передача нагрузки означает снижение общего уровня сцепления шин с дорогой.
На данный момент мы собрали достаточно информации, чтобы четко показать, что независимо от трассы эти три автомобиля будут показывать совершенно разное время прохождения круга.
Характеристики автомобилей
Рассматривая BMW, мы имеем переднемоторный автомобиль с передним распределением веса, значительно более высоким сопротивлением, потенциально большим количеством прижимной силы и недостатком от сниженного общего сцепления в боковой или продольной передаче нагрузки. Он должен хорошо вести себя в скоростных поворотах благодаря более высокой прижимной силе и распределению веса, которое благоприятствует стабильности на высоких скоростях. Она также должна хорошо работать при ускорении и торможении, также благодаря стабильности. Но он будет страдать в низкоскоростных поворотах, где механическое сцепление с дорогой имеет первостепенное значение, как из-за распределения веса, так и из-за эффекта увеличенной боковой передачи нагрузки. BMW M6 также окажется в невыгодном положении на длинных прямых из-за относительно высокого сопротивления.
Переходя к Ferrari 488, мы имеем среднемоторный автомобиль с почти равномерным распределением веса, низким аэродинамическим сопротивлением, приличным количеством прижимной силы и низкой высотой, обеспечивающей преимущество в сценариях передачи нагрузки. Габаритные характеристики этого автомобиля превосходят другие автомобили в данном примере. Сбалансированное распределение веса в сочетании с относительно высокой прижимной силой и минимальным воздействием от переноса нагрузки позволит этому автомобилю показать хорошие результаты при любых сценариях торможения и прохождения поворотов. Низкое сопротивление сделает автомобиль быстрым на прямых, что в сочетании с повышенной скоростью прохождения поворотов будет большим преимуществом на трассах с длинными прямыми участками.
Наконец, у нас есть Porsche 911, заднемоторный автомобиль с задним распределением веса, таким же низким аэродинамическим сопротивлением по сравнению с Ferrari 488, но меньшей прижимной силой и небольшим недостатком в сценариях передачи нагрузки. Наибольшее преимущество задней развесовки проявится на выходе из поворота, поскольку передача нагрузки при начальном нажатии на педаль газа только увеличит массу, приходящуюся на заднюю ось. Если вы когда-нибудь видели, как Porsche выходит из поворота на мокрой дороге, вы поймете, о чем я говорю. Низкое аэродинамическое сопротивление автомобиля поможет сделать его быстрым на прямых, и эта ситуация станет еще лучше благодаря возможности прикладывать мощность. В зависимости от качества аэродинамических устройств, Porsche, вероятно, будет медленнее Ferrari и BMW в скоростных поворотах, поскольку у него может быть меньше общая прижимная сила. В низкоскоростных поворотах Porsche должен оказаться где-то между Ferrari и BMW, но это основано исключительно на влиянии боковой передачи нагрузки.
Итак, теперь, когда у нас есть фундаментальное понимание того, как будут вести себя болиды, что можно сделать для достижения нашей цели - убедить всех производителей и команды в том, что они могут быть конкурентоспособными? Мы собираемся подойти к решению с точки зрения мощности и массы, чтобы упростить объяснение.
Сохранять объективность
Объективное принятие решений - это, безусловно, лучший способ прийти к выводам в рамках BoP, но и самый трудный. Возможно, именно поэтому у сторонних наблюдателей сложилось мнение, что BoP - это только политика. Объективное принятие решений - это принятие решений на основе данных, а для того, чтобы принимать решения на основе данных, нужны данные. Эти данные должны быть проанализированы, чтобы стать значимыми, поскольку все данные в мире бесполезны, если вы не можете или не хотите ничего с ними делать.
Однако при наличии всех данных в мире возникает проблема: крайне сложно разобраться во всех этих данных. Столкнуться с 50 ГБ данных после 24-часовой гонки - это захватывающе, в некотором роде мазохизм, но это невероятно тяжело. К сожалению, из этих 50 Гб данных значительная часть - дерьмо. Независимо от того, получены ли данные от медленного водителя, в условиях, когда автомобиль слегка наклонился, или когда отказал особенно важный датчик или датчики, человек (люди), анализирующий эти данные, должен быть готов отделить хорошие данные от посредственных и плохих. После того, как вы отделите хорошие данные от не очень хороших, перед вами встанет задача выделить проблемные области, чтобы вы могли адекватно распределить свое ограниченное время и ресурсы на правильные приоритеты. Кстати, я уже упоминал, что до следующей гонки осталась всего неделя, а ваши выводы должны были быть сделаны еще вчера?
Хотя это может показаться безумием, на самом деле именно так и происходит, когда вы пытаетесь принимать объективные решения на основе зарегистрированных данных автомобиля. По собственному опыту могу сказать, что очень неприятно потратить полдня на изучение скорости разгона гоночного автомобиля в сравнении со скоростью разгона другого автомобиля только для того, чтобы выяснить, что акселерометр в одном из автомобилей был немного смещен.
Объективное принятие решений основывается на данных, и это трудно, но это единственный способ принимать правильные решения о балансе производительности.
Прежде чем оставить объективное принятие решений, я хотел бы отметить, что мысленный эксперимент с автомобилями GT3 был объективным упражнением, а не субъективным. Рекомендации были получены на основе изучения фактической информации о компоновке и размерах каждого автомобиля. Сейчас мы находимся в той стадии эксперимента, когда необходимо собрать некоторые данные по каждому автомобилю, чтобы проанализировать их и принять более объективные решения.
Вершина BoP'а
Однако проблема с принятием объективных решений заключается в том, что это очень сложно и требует много времени. Именно поэтому я решил разработать программное обеспечение OPAA, о котором я упоминал ранее, чтобы облегчить эту работу. Моей первой целью было ускорить время, необходимое для того, чтобы перейти от необработанных данных об автомобиле к тому моменту, когда вы задаете правильные вопросы о полученных данных и получаете правильные ответы. В этом отношении программное обеспечение в настоящее время может обработать 50 ГБ данных, полученных в ходе 24-часовой гонки, примерно за 8,5 часов. Сравните это с личным опытом, когда однажды, после того как три инженера посвятили работе в общей сложности 375 часов, мы, наконец, пришли к тому, что знали, какие вопросы задавать, но не знали ответов на них.
Одной из ключевых особенностей приложения для анализа производительности ORCA является его способность автоматически исключать выбросы и ошибочные данные. Эта функция - самая важная экономия времени, поскольку данные, о которых я говорил выше, даже не принимаются во внимание. Эта функция также важна, поскольку зачастую очень трудно отличить достоверные данные от недостоверных. Установив правило для определения ошибок, удаление ошибок превращается из субъективного в объективное решение.
На данный момент остается еще несколько тем для обсуждения в отношении баланса производительности. В следующих статьях я расширю процесс принятия объективных решений, рассмотрю некоторые параметры, которые затрудняют BoP, обсужу "мешки с песком" и рассмотрю некоторые параметры автомобиля, которые мы можем изменить, и как решить, какие параметры нужно изменить.
Я надеюсь, что теперь вы, как минимум, имеете некоторое представление о том, как я работаю над изменением восприятия BoP. Я не прошу вас соглашаться, но просто убедитесь, что ваше решение относительно всего этого - это не столько мнение, сколько объективный вывод.