拥有 70 年历史的赛车运动——一级方程式赛车（Formula 1）——最近经历了一场文化复兴。这场复兴在很大程度上得益于 Netflix 剧集《Drive To Survive》日益增长的人气，这部充斥着浮华和戏剧性的真人秀，梅赛德斯车队领队托托·沃尔夫曾表示，它比纪录片更接近虚构的《壮志凌云》。F1 易主后放松的社交媒体规定也帮助人们得以一窥从车手转变为新时代名人的内心生活。
因此，美国观众的兴趣空前高涨，这意味着有更多的目光关注和更多的门票销售。深入了解 F1 高度技术化的世界可能会令人望而生畏，因此，以下是关于这项运动设计的基础知识——以及深入了解其幕后复杂的通信和计算机科学网络。
数据与 F1 的新时代
如今，一级方程式赛车越来越成为一项数据驱动的运动；当你审视现代 F1 车队的维修站时，这一点就显而易见了。
亚马逊网络服务（AWS）首席体育科技顾问 Luuk Figdor 表示：“这大约始于 60 或 70 年前，当时只有一个人拿着秒表，计算最快的单圈——而如今，每辆赛车都配备了传感器，每秒能生成大约 110 万个数据点。” AWS 是 F1 的技术合作伙伴。“这产生了海量数据，而且是每辆车的数据。” AWS 的工作之一就是将这些数据转化为不仅专家，也包括在家观看的观众都能理解的格式，例如通过F1 Insights。
过去，赛车的无线电不可靠，工程师只能在比赛结束后才能获得比赛表现数据。而现在，情况已大不相同。每辆赛车都能发送有关转向、G 值、速度、燃油消耗、发动机和轮胎状态、档位状态等海量信息。赛道本身也为车队提供了更准确的 GPS 数据来获取赛车位置、天气数据和计时数据。
Figdor 解释说：“这些数据来自比赛前安装在赛道上的特定传感器，赛车上还有一个应答器。”“每当赛车经过传感器时，它就会发送一个信号。根据这些信号，你可以计算出赛车通过赛道特定区域所需的时间。”
这些创新使得比赛多年来更具竞争力，并缩小了赛车之间的速度差距。几分之一秒的差异就能决定第一名和第二名。
F1 百科
对于新手来说，这里快速回顾一下这项运动的规则。来自 10 支车队的 20 名国际车手争夺两个锦标赛：车手总冠军和车队总冠军。
季前测试于 2 月下旬开始，比赛时间从 3 月到 11 月。全球约有 20 场比赛，每场比赛约 300 公里（186 英里），相当于 50 至 70 圈（摩纳哥赛道较短）。车手根据排名获得积分——排名前 10 的车手获得积分，低于第 10 名则没有积分。积分最高的个人赢得车手总冠军，积分最高的车队赢得车队总冠军。
一辆好车与一位好车手一样，对于获胜至关重要。而一群工程师对于确保车手和赛车发挥最佳状态至关重要。除了转向和换挡，车手还可以控制许多其他设置，如发动机功率和刹车平衡。比赛无论晴雨，但潮湿路面通常需要特殊的轮胎。每支车队都必须从零开始制造其赛车的某些部件，包括底盘（它们可以从其他供应商购买发动机）。目标是拥有一辆空气阻力低、速度快、燃油消耗低且在赛道上抓地力好的赛车。大多数赛车可以达到约每小时 200 英里（320 公里/小时）的速度。特定的工程规范产生了使赛车保持在地面上的下压力。
国际汽联（FIA）的技术法规包含有关赛车如何制造的规定——什么允许，什么不允许。规则每年可能都会变化，车队倾向于每年更新其设计。每个概念都经过彻底的空气动力学和道路测试，并且可以在赛季中进行修改。
比赛周末前的后台景象
这是第二届迈阿密大奖赛前的星期四。典型的佛罗里达天气，酷热难当。迈阿密花园气势恢宏的硬石体育场已改造成临时的 F1 园区，为比赛周末做准备，赛道像一道金属护栏的护城河般环绕着中央场馆及其相连的场地。桥梁连接着体育场内外。平常的足球场已被改造成了围场公园，10 支车队在那里搭建了半永久性的建筑，作为他们本周的枢纽。
在比赛开始前为 10 支车队设置所有必需品是一项大工程。有些人甚至可能称之为一种移动马戏团。
迈凯伦的商业技术主管 Ed Green 在围场公园的临时建筑里迎接我。他穿着标志性的迈凯伦橙色短袖 polo 衫，周围走动或坐着的人也一样。许多团队成员还佩戴着看起来像 Fitbit 的设备，这可能是他们与谷歌技术合作伙伴关系的一部分。此次合作意味着车队还将使用 Android 连接设备和设备——包括手机、平板电脑和耳机——以及 Chrome 提供的各种功能。
迈凯伦为一级方程式赛车开发了大量定制的 Web 应用程序。“我们很少购买现成的产品，过去两年，我们的很多策略都转向了 Web 应用，”Green 说。“我们为 Chrome 开发了很多东西，所以车队可以获得非常快速、即时的访问……因此，如果你在维修墙上看天气数据和视频系统，你可以随身携带到手机上，或者带到中央体育场工程区的机器上。”
本赛季共有 23 场比赛。这里搭建的结构是他们进行“飞往式”比赛（无法从工厂开车前往的比赛）的枢纽。营销、工程师、车队接待人员和车手都共享这个枢纽。空间中的重要节点——围场、车库和赛道——通过光纤电缆连接起来。
Green 说：“这是我们比赛周末需要保持连接的最远的点，离车库最远。”“他们将在车库里对所有信息、系统进行分析。”
为了在赛车上赛道前及时准备好传输和接收数据的基础设施，一支早期的 IT 人员团队必须在前一个周六抵达，铺设线缆，并安排好基本事宜。然后，更广泛的 IT 团队将在周三抵达，然后是一场混乱的冲刺，将他们需要的其他东西搭建起来，以便在周四中午前开始进行无线电检查并锁定所有东西。
Green 说：“我们带着我们的 IT 设备飞行，这是因为里面的成本和复杂性。所以我们必须把它们带到每条赛道上。” 从车队枢纽到车库的往返路线需要穿过体育场下的走廊、长长的过道和门厅。当我们进入迈凯伦的车库时，首先看到的是一排排耳机，每个耳机下面都有姓名标签，包括车手和他们各自的比赛工程师。这就是团队成员之间保持联系的方式。
狭窄走廊的车库在一个方向通向维修区。在这里，可以看到迈凯伦车手兰多·诺里斯和奥斯卡·皮亚斯特里各自的赛车正在被工程师们修理，车库门朝向赛道。两辆赛车处于不同的拆解状态，机械师们像外科医生在手术台上一样检查和调整它们。钻孔、嗡嗡声和各种咔嗒声充斥着空间。到处都是屏幕，上面显示着数字和图表。一个屏幕显示本地赛道时间，第二个屏幕显示距离今晚宵禁的倒计时。比赛期间，它将显示来自赛道和车手的视频馈送，以及社交媒体馈送。
我们走上一个俯瞰忙碌景象的平台。平台上是两个屏幕：一个显示英国后方的任务控制室，另一个显示赛道的圆形图。“我们将比赛视为一个圆圈，因为这有助于我们看到赛车之间的时间间隔，”Green 说。“观察 XYZ 坐标很有用，但实际上在弯道时它们会聚集在一起。工程师喜欢看到距离上的差距。”
他指出：“这里就像车队的‘第二个家’。这是我们搭建车库并转移我们后台中央服务和工程的地方。我们还在建设中。”
从迈阿密到沃金的任务控制中心
比赛周末期间，迈凯伦所在的英国任务控制办公室有大约 32 人在与赛道的通讯几乎是实时的。“从迈阿密回到沃金的基地，我们的延迟只有 100 毫秒左右。他们将接收到来自这些赛车的所有数据馈送，”Green 解释说。“如果你看看车队设置赛车，你会发现赛车底部有各种传感器。赛车下方有一个电子控制单元。它在我们比赛时与赛车进行通信。这是由 FIA 监管的。我们不能向赛车发送信息，但我们可以从赛车接收信息。很多很多年前，这是不可能的。”
Green 估计，对于迈阿密大奖赛，迈凯伦将在每辆赛车上安装大约 300 个传感器，用于压力测量（测量气流）、温度读数、赛车速度检查等。“可以看到的信息量巨大，”Green 说。“从我们练习、开始比赛到比赛结束，这两辆赛车会产生大约 1.5TB 的信息。所以信息量非常巨大。”
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由于数据传输速度太快，任何一个人都无法处理，因此循环中的机器学习算法和神经网络可以帮助工程师发现模式或异常。这些软件有助于将信息打包成可用于做出决策的格式，例如何时更换轮胎、提高速度、继续比赛或进站。
Green 说：“这是一项非常数据驱动的运动，我们所做的一切都建立在数据之上，以做出决策，更好地利用数字孪生，这已经成为车队的一份子很长时间了。”数字孪生是基于扫描信息的对象虚拟模型。它们对于运行模拟很有用。
在整个比赛周末，迈凯伦将运行大约 200 次模拟，以探索不同的场景，例如安全车出来清除碰撞碎片会发生什么，或者开始下雨。“我们拥有一支非常聪明的团队，但当你必须在三秒钟内做出决定时，你必须拥有‘人机协同’技术来告诉你接下来会发生什么，”Green 说。“这很有趣。”
改进的计算资源和更先进的模拟技术也改变了整个运动。这不仅降低了测试设计选项的成本（这很重要，因为有新的成本帽规则限制了车队在设计和制造赛车上的花费），还为新的比赛规则提供了信息。
Figdor 说：“2022 年之前，赛车的设计方式导致非常难以紧密跟随另一辆赛车。这是因为赛车的空气动力学。” 当一辆赛车在赛道上疾驰时，它会扰乱其后方的空气。这就像快艇搅乱它行驶时的水一样。如果你试图在湖面上用另一艘快艇跟随一艘快艇，你会发现这相当困难。
Figdor 说：“一级方程式赛车也是如此。”“他们在 2022 年做的是推出了新的赛车设计规定，旨在使赛车能够更容易地在赛道上紧密跟随。”
这之所以成为可能，是因为 F1 和 AWS 能够创建和运行现实且相对快速的模拟，更正式地称为“双车计算流体动力学（CFD）空气动力学模拟”，这些模拟能够在一个虚拟风洞中测量不同设计的赛车相互跟随时的影响。“改变像这样的规定，你必须非常确定你在做什么。而利用技术，你只需花费一小部分成本就可以估计更多场景，”Figdor 说。
确保车库里的工程师不过多
毗邻赛道的维修墙可能是最好的观赛位置，但工程岛是最重要的区域之一。它位于车库内，夹在两辆赛车之间。车库两侧的工程师将共享那里的资源，以查看材料可靠性和赛车性能。工程岛连接着维修墙，还连接着一堆服务器和一个藏在车库角落的 IT 塔。这个 IT 塔拥有 140TB 的存储空间、4.5TB 的内存、172 个逻辑处理器和许多电池，负责让车队与迈凯伦技术中心保持联系。
在迈阿密现场的全体人员，约 80 名工程师，仅占迈凯伦团队的 10% 左右。这只是冰山一角。整个工程师团队主要分为三个类别：设计、制造和比赛。
设计团队将使用计算机模拟零件，使其更轻、结构更坚固，或提供更高的性能。“材料设计是其中的一部分，空气动力学家将研究赛车的性能，”Green 说。然后，制造团队将获取 3D 设计，并将其展平为图样。他们会拿出碳纤维卷，并将其存放在玻璃冷却器中，然后切割图样，层压，将不同部件粘合在一起，并放入大型高压灭锅或烤箱中。作为制造过程的一部分，物流团队会将赛车运往赛道并进行驾驶测试。
一级方程式赛车从赛季第一场比赛到最后一场比赛可能发生巨大变化。
Green 说：“如果你对赢得第一场比赛的赛车什么都不做，它几乎肯定会在赛季末垫底。”“你必须不断创新。从 2 月份发布到现在，赛车可能改变了大约 18%。当我们冲过阿布扎比的终点线时，赛车可能已经改变了 80%。”
比赛周的不同日子，体育场和车库里都有轮换的工程师。“人们有非常确定的专业领域，你也会在无线电里听到。车手的工程师将听取一切信息，并了解赛车的设置方式，”Green 说。“但在周五、周六，尤其是在沃金，有些人在研究空气动力学。这在现代 F1 中非常重要——你如何设置赛车，空气的性能如何——所以你可以真正过度关注并确保房间里有更多的空气动力学专业知识。”
周日的景象
比赛当天，工程师的构成有所不同。有更多的专家专注于竞争对手情报、分析和战略洞察。除了速度之外，他们真正感兴趣的数据点与车辆的压力和气流有关。
“这些东西很难测量，很多精力都花在理解它们上。车手的反馈也非常重要，所以我们会尝试将这些反馈与这里的信息进行关联，”Green 说。“我们越能将虚拟风洞、实体风洞、制造零件的数据进行关联，了解它们在赛车上的表现，我们就能越快地完成升级过程，并将升级应用到赛车上。目前，空气动力学可能是各车队之间差异化的关键。”
随着技术的进步，以及合作伙伴在内部开发更多有趣的产品，一些工作肯定会转化为 F1。Green 说，有一些令人兴奋的即将到来的项目，正在研究谷歌是否能帮助他们应用语音转文本软件来转录比赛期间其他车队车手的无线电通信——这项工作目前是由人类志愿者完成的。
