Les secrets de la préparation pour un nouveau circuit F1

Les saisons 2020 et 2021 resteront dans les mémoires pour de nombreuses choses, notamment les perturbations importantes causées par un calendrier qui changeait souvent en réponse à une pandémie en constante évolution. Si rien de bon n'est sorti de la crise mondiale, les fans de F1 ont au moins pu profiter de leur discipline et voir un peu de variété par rapport aux calendriers des années précédentes.

Imola et Istanbul ont été réintroduits en 2020, tandis que la F1 a couru au Mugello et à Portimão pour la première fois. Cette saison, Djeddah, en Arabie saoudite, et Losail, au Qatar, ont été ajoutés, et les circuits d'Imola, de Zandvoort, d'Istanbul et de Portimão sont revenus pour permettre la réalisation d'un championnat de 22 courses.

On pourrait arguer qu'Imola et Istanbul ne sont pas nouveaux pour la F1, et que des voitures ont roulé en essais au Mugello et à Portimão ces dernières années, mais si les données historiques donnent une indication de ce que l'on peut attendre d'un circuit, les monoplaces et les pneus ont tellement changé dans l'intervalle que la plupart des données sont comparatives et anecdotiques, et non quantitatives.

Alors comment une équipe se prépare-t-elle pour un nouveau circuit ? La réponse, bien sûr, réside dans la simulation ; mais le travail initial ne sera pas effectué dans un simulateur, mais sur un ordinateur avec un pilote "virtuel", afin que les réglages et les trajectoires puissent être optimisés sans la distraction initiale de la subjectivité.

Pour commencer cette simulation, le modèle de voiture standard sera utilisé, généralement avec un réglage connu qui pourrait avoir servi sur un autre circuit avec des vitesses en virage et des longueurs de ligne droite similaires. Cela fournira un bon point de départ pour les itérations nécessaires à la recherche d'un réglage idéal. Le modèle de voiture lui-même sera extrêmement sophistiqué. La puissance de calcul disponible de nos jours est telle que cela ne pose aucun problème. La première simulation de temps au tour que j'ai utilisée remonte à 1986 et, bien qu'elle n'ait optimisé que cinq niveaux aéro différents et les rapports de vitesse, elle a pris toute la nuit. Aujourd'hui, la simulation peut analyser un tour en beaucoup moins de temps qu'il n'en faut pour le faire.

Ce premier balayage se concentrera tout de même sur les réglages d'ailerons pour obtenir le bon compromis entre l'appui et la traînée, mais il sera ensuite possible d'ajuster tous les autres paramètres de la voiture (tels que la hauteur de caisse et la souplesse des amortisseurs) pour obtenir une configuration optimale. Contrairement à nos premières simulations, qui plaçaient toujours la voiture sur une trajectoire de course que l'ingénieur déterminait à l'œil nu, les algorithmes actuels de temps au tour minimum recherchent la trajectoire de course idéale pour chaque configuration différente afin de garantir des performances maximales.

Bien sûr, un bon modèle de voiture et un pilote doté d'une "intelligence artificielle" ne servent à rien si nous ne pouvons pas décrire avec précision la piste elle-même, et dans ces premiers essais, nous ne disposons pas nécessairement d'informations particulièrement détaillées sur la piste. Pour un nouveau circuit, la première information que les équipes obtiennent est une carte architecturale en 2D qu'elles doivent ensuite numériser, en convertissant les limites de la piste en coordonnées X-Y sur toute la zone. Cette première carte peut ou non contenir des informations sur l'altitude, qui sont souvent fournies dans une version ultérieure. Comme la carte est généralement basée sur ce que l'architecte prévoit pour le circuit, bien avant qu'il ne soit réellement construit, elle ne contiendra certainement pas tous les détails des vibreurs, de sorte que la simulation supposera généralement que la voiture reste entièrement dans les limites de la piste.

La simulation est une arme à double tranchant. Les équipes l'adorent car elles s'efforcent d'atteindre la perfection dans un environnement contrôlé, mais cela réduit la prise de risque, ce qui réduit l'attrait pour les spectateurs

La première étape de l'enquête porte généralement sur une optimisation multifactorielle. Pour cela, l'ingénieur fixe certaines limites à un certain nombre de paramètres qui peuvent être modifiés. Par exemple, il peut fixer la hauteur de caisse avant à étudier entre 15 mm et 20 mm, la rigidité au roulis avant entre 1 et 1,2 Nm par radian, et l'appui dans la gamme que les ailerons conçus pour la voiture peuvent offrir.

Il n'est pas rare que neuf ou dix paramètres de réglage puissent être étudiés de cette manière. La simulation exécute ensuite automatiquement de nombreuses combinaisons de variables et présente les résultats dans un type de diagramme spécifique (ci-dessous), où chacun des paramètres d'entrée est affiché sur plusieurs axes, à côté des paramètres de sortie tels que le temps au tour, la vitesse maximale et les hauteurs de caisse en fin de ligne droite. À première vue, cela peut ressembler à une toile d'araignée, mais un examen plus approfondi montre les compromis entre le temps au tour et la vitesse en fin de ligne droite, pour n'en citer que deux.

À partir de là, un réglage de base est adopté et il est temps de passer au véritable simulateur. C'est ce qu'on appelle parfois le simulateur "driver in the loop", car les entrées et les algorithmes de recherche de trajectoire des premières simulations sont remplacés par un pilote en chair et en os qui utilise le feedback visuel et vestibulaire pour piloter la monoplace. À ce stade, beaucoup plus de détails sont nécessaires, et des scans LIDAR du circuit sont utilisés pour générer des décors et des marquages de piste photo-réalistes. Cela augmente considérablement la puissance de calcul nécessaire, tout comme la simulation des réactions dynamiques du moteur et de la transmission, qui sera effectuée par une unité de commande identique à celle utilisée dans la vraie voiture.

Le pilote travaille alors avec l'ingénieur pour affiner les réglages à sa convenance. Le temps au tour est l'objectif ultime, mais en utilisant les mêmes outils d'analyse de données que sur la piste, l'équipe d'ingénieurs examinera également des facteurs tels que la stabilité, l'énergie des pneus et même, si les détails sont suffisamment précis, l'entrée dans les stands pour des arrêts plus rapides.

La simulation est une arme à double tranchant. Les équipes l'adorent car elles s'efforcent d'atteindre la perfection dans un environnement contrôlé, mais cela réduit la prise de risque, ce qui réduit l'attrait pour les spectateurs. Cependant, la boîte de Pandore a été ouverte. Les simulations ne feront que se perfectionner dans les années à venir.