Uno de los grandes fallos de Ferrari F1

Uno de los fallos más grandes es su simulador. Y es de eso lo que va este post. Lo siento por el lector decepcionado con la respuesta. Pero voy a explicar por qué a Ferrari se le da mal este elemento y le lastra para estar a la altura de otros equipos.

En este artículo, intentaré describir una serie de conceptos básicos de los simuladores, y me basaré para ello en los de Formula1, para variar. Este elemento es IMPRESCINDIBLE en la F1 actual por la ausencia de tests durante la temporada. Por ello, junto al túnel de viento, es lo único con lo cuentan los equipos para entrenar y comprobar sus actualizaciones antes de llevarlas a la pista. De hecho, los seguidores de este deporte estamos bastante de acuerdo que a Ferrari le ha hecho mucho daño la prohibición de tests durante la temporada, ya que no cuenta con un simulador tan bueno como otros equipos. No ha sido raro escuchar que sus datos de simulador no coincidían con sus datos sobre la pista. Algunas de las últimas fuentes al respecto son las siguientes:


11 marzo 2012:  Domenicalli "In 2010, we began a new technical cycle: important steps were taken in terms of the organisation and working methodology and here I'm thinking mainly about the areas of simulation and strategy"

13 marzo 2012: reorganización total en el equipo

13 abril 2012: Pat Fry “The biggest performance differentiator is aerodynamics. We’ve got some issues there that we’re trying to resolve. The areas you need to be working on is everything from the way you run the wind tunnel, the accuracy of your wind tunnel, the simulation that you use to decide what components to take forward, so we’re not leaving any stone unturned".

8 octubre 2012: Ferrari have admitted that the development of their car is being affected by problems with their wind-tunnel, with results from their simulations of new parts not correlating with those when the upgrades are tried on track

El simulador está compuesto por una parte hardware y otra software. La parte de hardware lo constituyen el cockpit en el que está montado el piloto, el volante, y los distintos ordenadores que probablemente forman los racks sobre los que se ejecutan los modelos de realidad virtual (esto último es una parte del software). 

Es decir, ¿cómo decimos al ordenador que el coche se mueve? Tiene que haber un sensor en el cockpit que calcule cuánto se está pisando, y esa señal se envía a los ordenadores, de manera que la variable de entrada de prácticamente todo el sistema es la señal que envían los pedales. Para indicar movimiento, el final de este algoritmo tiene que obtener la velocidad. Entonces necesitamos una fórmula del tipo:

 v=  f (pisada del acelerador)

Pero claro, entre medias necesitamos meter otros factores como la caja de cambios, revoluciones del motor, temperatura del motor, etc… es decir, necesitamos un montón de modelos matemáticos que representen todos los fenómenos que hacen que el coche funcione y afectan a su rendimiento, lo cual implica una gran cantidad de fórmulas. Véase cualquier artículo para el modelado de un motor (ejemplo). 

Hay parámetros y fórmulas relativamente sencillas que puede dar el fabricante, como por ejemplo diámetros de los engranajes de la caja de cambios. Pero otros valores numéricos no son nada evidentes, y de hecho el mayor problema es éste y consiste en no relacionar correctamente los distintos parámetros entre la simulación y la realidad. Por ejemplo, voy a poner un ejemplo muy absurdo: vamos a imaginar que Ferrari calcula y especifica que el par (T) de salida del motor depende de la siguiente fórmula:

N = 9547 * ángulo de pedal       donde el ángulo de pedal [rad, 0:pi/2]     N: [rad/s]

T = 0,48 * N                   

En este caso, 9547 es un valor que ha introducido el desarrollador del simulador, creyendo que es el valor que realmente encaja en la fórmula que rige la velocidad de giro del motor (N). Si en realidad fuera 9545, ya estaríamos arrastrando ese fallo al par de fuerza (T), y así sucesivamente. 

A velocidades tan extremas, no valen las aproximaciones, ya que a situaciones más radicales, los fallos se notarán más y amplificarán.

El motor, la caja de cambios, los pedales… hasta ahora no hemos introducido elementos propios de un coche de Formula1 y ya es posible que esté habiendo fallos de cálculo. ¿Cómo no van a ser muy propensos a los fallos elementos como el KERS, el mapa aerodinámico del coche, comportamiento perfecto de los alerones, etc…?

Es decir, en simuladores corrientes y no-de-competición, podrían valer casi las mismas fórmulas para modelar un Renault Mégane como un Ford Focus prácticamente, ya que se emplean fórmulas muy genéricas y teóricas, y no se busca un estudio totalmente exacto de la simulación del coche. Esos simuladores se usan para otras cosas, como para enseñar a conducir a usuarios de la calle.

En cambio, en el coche de Alonso tiene que estar perfectamente modelado el comportamiento dinámico del coche (suspensiones, ángulo de las ruedas, centro de gravedad, transferencia de masas, consideración de pérdida de peso por combustible…). Por ejemplo, imaginemos que Ferrari decide incorporar un nuevo alerón, ¿qué hay que hacer? En el simulador no puedes dibujar una pieza y ya está el coche listo para volver a probar… ¿qué hacemos? Pues una alternativa es la siguiente:

Lo primero es dibujar la pieza en un programa de CFD (Computational Fluid Dynamics) para calcular los coeficientes de drag, qué downforce provoca, cómo guía el aire al resto de piezas… y si no podemos dibujar esa pieza en el simulador y listo, lo que tenemos que hacer es modelar el coche como si tuviera esa pieza… es decir, por introducir un nuevo alerón delantero lo más probable es que haya que cambiar estos parámetros en el coche:

               - Masa total del coche

               - Ecuación de carga aerodinámica en función de la velocidad

          - Como seguramente desvíe el aire, nueva ecuación térmica para los elementos afectados (quizás ayuda a refrigerar los frenos).

              - Posiblemente el resto de piezas aerodinámicas también se vean influenciadas, por lo que hay que reescribir las nuevos coeficientes de drag, downforce… que sufren con la nueva pieza.

               - Seguro que se me olvidan algunas

¿No es parece complicado? Otro elemento curioso son los neumáticos. Su comportamiento es cuanto menos, irregular, y de hecho el fabricante Pirelli busca eso. Además, este elemento va cambiando durante la carrera por la degradación y su desgaste depende del:

             - aire que le venga (sucio, limpio)

             - temperatura de la pista y del ambiente

             - propia temperatura del neumático

             - frenazos del piloto
             - configuración de la suspensión
             - flujo del aire propio del coche

Vamos, que seguro que ningún equipo de Formula1 usa la típica fórmula de Pacejka, sino que hace falta algo más que tenga en cuenta todos los factores mencionados. Un correcto modelado del neumático se traduce en que se puede predecir la adherencia, la tracción y la velocidad del coche de una manera precisa… y aún así, en las carreras se ve que es muy frecuente no elegir bien los neumáticos. Los pilotos tienen la obligación de pasar muchas horas en el simulador, de manera que ayuden a los simuladores a identificar cómo de real es el modelo virtual respecto a la realidad, como explicaba Alonso aquí. 

¿Dónde estamos? ¡Ah, sí! Todo ha empezado que al pisar el pedal del simulador, el coche ha de moverse en el escenario de la manera más exacta posible a la realidad. Eso sí, ya vemos que desde el pedal hasta el cálculo final de la velocidad los cálculos y constantes que hay que calcular son un auténtico caos. El cockpit está continuamente enviando señales de su estado a los ordenadores del rack. Por ejemplo, el acelerador puede estar emitiendo cuánto está pisado cada milésima de segundo, lo cual obliga a que todas las fórmulas y resto de variables del coche se actualicen a la misma frecuencia. Esto no es aleatorio, ya que existen algoritmos que divergen o dan valores erróneos según la frecuencia. Un ejemplo de los botones del volante puede ser que cuando están pulsados dan un 1 y cuando no, un 0. De esa manera, la potencia del motor podría ser la siguiente:

Potencia total = Potencia del motor + BotónKers*PotenciaKers

Y así con el resto de parámetros. Por lo tanto, cuando se dice que un equipo no tiene un buen simulador significa que tiene bien modelado estas fórmulas y coeficientes de su coche. Sobre todo se echan muuuchas horas de simulador en la pretemporada, pero luego también son muy necesarias para predecir cómo se comportarán nuevas piezas de los monoplazas. Sin embargo, si la Scuderia no cuenta con buenos aerodinamicistas ni con un simulador fiable, ¿cómo va a evolucionar el coche de la mejor manera posible? ESTE ES SU PROBLEMA. No consiguen plasmar en el mundo virtual el comportamiento real del coche, con lo cual, no pueden trabajar con las mismas armas que otros. Tradicionalmente, son muy buenos el simulador de Williams F1, McLaren y lo fue el de Toyota F1.

Concretamente, el modelo que usa ahora Alonso y Massa es éste. Por más que leáis que es el más rápido y avanzado para la época sólo implica que el hardware y software con el que cuenta es muy puntero, lo cual es mérito del fabricante (AMD, Moog, rFactor...). Sin embargo, lógicamente la caracterización del coche y sus partes sólo las pueden hacer los propios ingenieros de la marca, ¿o es que pensáis que lo pueden hacer CodeMasters o R-Factor y que funcione igual? Pues no. 

Los escenarios que recrean los distintos circuitos son fácilmente reproducibles, ya que a los desarrolladores de simulación les bastará con pedir los planos y medidas de la pista. Sin embargo, lo difícil es que el comportamiento del coche sea lo más parecido posible al que será en la realidad. 

Relativo al simulador, en este post me voy a quedar sin comentar el entorno gráfico, las comunicaciones y el feedback al piloto. De verdad, es un aparato extremadamente complejo. Los equipos guardan sus tripas como uno de sus tesoros más preciados, ya que su publicación revelaría de una manera totalmente pormenorizada todos los secretos del coche.

Aquí tenéis al incombustible Antonio Lobato explicando un poco más este (por lo menos para mí) apasionante ingenio, aplicable a toda la industria y no solo a la alta competición:

Y el de Williams F1, esta vez por Mark Blundell:

En la Scuderia, el responsable de simulación es Giacomo Tortora. No considero que sea un desastre, ya que sería injusto, y más bien yo culparía a la cúpula directiva por no haber subsanado un problema evidente desde hace ya algunos años.