Формула 1

Формула-1 2026: Откуда они знают, где кончится батарея

Объяснение принципа работы интересных симуляторов расхода энергии, которые умудряются предсказать время на круге с точностью до десятых.

В трансляции «Формулы-1» нет маленького окошка «заряд батареи - 63 процента». Команды не публикуют карту работы мотор-генератора (MGU-K), ФИА не выкладывает телеметрию электромотора, а состояние накопителя соперника инженерам и вовсе никто не сообщает. Тем не менее перед очередным Гран-при в сети появляются карты, на которых уже отмечено: здесь машина отдаёт электричество, здесь рекуперирует, здесь начинается «клиппинг», а вот тут на длинной прямой электрическая тяга закончится совсем.

Две из наиболее интересных таких моделей сегодня делают инженеры Элой Апарисио (Eloy Aparicio) и Марек Любенецкий (Marek Lubieniecki). И никакого телепатического подключения к блоку управления «Мерседесом» здесь нет. Они просто превращают круг в задачу по физике и заставляют компьютер вести энергетическую бухгалтерию.

Четыре мегаджоуля в очень большой машине

Для начала достаточно запомнить две цифры. MGU-K машины 2026 года способен отдавать до 350 кВт, а рабочее энергетическое окно накопителя составляет 4 МДж. В апрельском «Рейскаре» на эту арифметику обращали внимание ещё после предсезонных испытаний: если непрерывно требовать все 350 кВт, четырёх мегаджоулей хватит примерно на 11,4 секунды.

4 МДж / 0,350 МВт = 11,4 с.

А круг продолжается в среднем полторы минуты.

Значит, задача уже не состоит в том, чтобы нажать условную кнопку «электромотор - максимум» и больше её не отпускать. Нужно решить, где электрический джоуль принесёт больше выигрыша во времени круга.

На выходе из медленного поворота дополнительные 350 кВт резко увеличивают тягу. В конце прямой, когда машина уже летит за 300 км/ч и огромная часть мощности уходит на сопротивление воздуха, тот же джоуль может оказаться куда менее выгодным. Более того, правила сами ограничивают характер отдачи MGU-K в зависимости от скорости и конкретного участка трассы.

Поэтому электричество приходится распределять. И одновременно добывать новое.

Откуда берётся новое электричество

Самый дешёвый способ - торможение. Машина всё равно должна избавиться от кинетической энергии, поэтому часть той энергии, которая прежде грела углеродные тормозные диски, MGU-K превращает обратно в электрическую.

Но и здесь никакого вечного двигателя не получилось. MGU-K работает через заднюю ось, тогда как значительная часть тормозной работы приходится на передние колёса. «Рейскар» оценивал переднюю долю примерно в 60 процентов и отмечал, что одной рекуперацией торможения заполнить энергетический счёт новой машины оказывается трудно.

Очень наглядный пример получил Любенецкий для третьего поворота «Шпильберга». Его модель тормозит примерно с 319 до 73 км/ч. Из всей удаляемой энергии около 38 процентов принимает передняя механическая тормозная система, 28 процентов удаётся вернуть через MGU-K, 23 процента съедает сопротивление воздуха, ещё около шести - подъём трассы и только небольшая доля остаётся задним фрикционным тормозам. Это лишь прикидка инженера, но именно так в целом и выглядит энергетический баланс: энергия не «исчезает», для каждого её куска приходится указать получателя.

Если торможений мало, начинается самое занятное. Можно снимать мощность с коленвала и заставлять MGU-K работать генератором даже тогда, когда машина ещё едет под тягой. ДВС в этот момент фактически везёт не только автомобиль, но и электростанцию.

Отсюда и знаменитый «суперклиппинг» (superclipping): гонщик может держать газ, а часть мощности уже не разгоняет машину, а отправляется обратно в накопитель. Летом «Рейскар» именно так описывал один из главных парадоксов нового регламента.

То есть цветная полоска «recharge» на схеме круга не означает непременно, что гонщик нажал тормоз.

ФИА выдаёт условия задачи

Дальше появляется документ, который в прежние годы обычный зритель мог спокойно не замечать: Power Unit Information.

Теперь ФИА перед каждым этапом фактически выдаёт дополнительный список условий к задаче: сколько энергии разрешено набрать за круг, где действует та или иная характеристика электрической мощности, где разрешены специальные режимы снижения мощности, какие ограничения относятся к квалификации, гонке и режиму Overtake.

Например, опубликованный перед нынешним Остином документ задаёт для квалификации максимальную суммарную рекуперацию 8,5 МДж за круг и отдельно определяет участки трассы, где действуют специальные энергетические правила.

Здесь легко запутаться: как можно набрать 8,5 МДж, если батарея «всего четыре»?

Потому что 4 МДж - это размер рабочего энергетического окна накопителя, а 8,5 МДж - сколько энергии разрешается прокрутить через него за круг. Батарею можно частично разрядить, зарядить на торможении, снова разрядить и снова зарядить. Как четырёхлитровым ведром за несколько подходов можно перенести восемь литров воды.

И вот после публикации Power Unit Information Апарисио и Любенецкий уже знают не стратегию команды, а границы пространства, внутри которого стратегия вообще может существовать.

Что делает Элой Апарисио

У Апарисио подход особенно понятен для читателя «ГТ», потому что он регулярно показывает границу между известным и придуманным моделью.

Перед Спа он взял реальную квалификационную телеметрию 2025 года (скорости, положение машины на круге и характер трассы) и поверх неё построил условную машину 2026 года: другую аэродинамику, другую силовую установку и новые энергетические ограничения.

Получается своеобразная замена деталей в отлаженном и поперек изученном механизме. Трасса известна, как по ней ехала старая машина известно, параметры нового регламента известны. Часть свойств машины 2026 года можно оценить.

Остальное приходится аппроксимировать!

После этого физическая модель рассчитывает, сколько мощности требуется машине в каждой точке круга, какую часть даёт ДВС, сколько может добавить MGU-K и откуда потом вернуть потраченную энергию.

Причём Апарисио совершенно не скрывает слабое место такой работы. Публичная телеметрия не содержит настоящего State of Charge и мощности MGU-K. На это он обращает внимание в своих послегоночных разборах: состояние батареи является оценкой модели, а не данными с измеряемого канала.

Это важнейшая оговорка.

Когда на графике написано «Верстаппен разрядил столько-то мегаджоулей», это не означает, что некто перехватил пакет данных с машины «РБ». Модель говорит: при наблюдаемой скорости машины, известных ограничениях и предполагаемой динамике такое распределение энергии лучше всего объясняет увиденное.

Перед Остином Апарисио пошёл ещё нагляднее. До появления достаточных данных он прямо перечислил свои допущения: ориентировочное падение скорости с 300 до 80 км/ч в T1 и T12, примерно 2,5 секунды торможения, около 280 км/ч средней скорости на длинной прямой. Где данных нет, там появляется не «точная цифра», а предположение.

В этом, собственно, и состоит нормальная инженерия.

Что делает Марек Любенецкий

Любенецкий начинал ещё проще - с point-mass, то есть практически с материальной точки, которая должна пройти трассу как можно быстрее. Но нынешняя версия выросла уже в двухколейную модель автомобиля.

В ней учитываются совмещённая работа шин в продольном и поперечном направлениях, перенос нагрузки, аэродинамика, коробка передач и дифференциал повышенного трения. Геометрию трасс Любенецкий восстанавливает из открытых источников: рельеф и профили (в том числе по лидару), границы, ширину и поребрики - по аэрофотосъёмке.

Красивый график начинается вовсе не с батарейки. Сначала программе нужно ответить на вопрос: с какой скоростью эта машина вообще способна находиться в этой точке трассы?

Потом: сколько мощности потребуется для следующего метра?

И только затем: выгодно ли дать сюда электричество?

Любенецкий сформулировал весь круг как задачу минимального времени и решает её средствами CasADi и оптимизатора IPOPT. Внутри есть ограничения регламента: допустимая мощность MGU-K, энергетическое окно батареи, разрешённая рекуперация, топливное ограничение и прочие условия. Отдельная проверка, по словам автора, контролирует получившееся решение примерно по сотне правил.

Это уже важное отличие от простого калькулятора.

По сути, это оптимизатор прохождения круга с заданными ограничениями не только трассы, но и регламента по энергии.

А компьютер сам обнаруживает, что, например, выгоднее раньше потратить электричество на разгоне, потом пережить «клиппинг» в конце прямой и вернуть часть энергии на следующем торможении.

И этот самый «клиппинг» потому и получается не нарисованным красоты ради эффектом, а следствием решения задачи.

Джоуль тоже имеет цену

Почему вообще нужно что-то оптимизировать? Казалось бы, получил энергию на торможении - потом отдал её на следующей прямой. Но один мегаджоуль в разных местах стоит разное количество секунд.

Допустим, перед нами выход из шпильки. Машина едет сравнительно медленно, сопротивление воздуха ещё невелико, а дополнительная мощность позволяет быстрее набрать скорость. Более высокая скорость сохраняется ещё много сотен метров.

Такой джоуль очень дорог (приносит много выгоды в деле сокращения времени на круге).

А теперь конец километровой прямой. Машина уже приблизилась к максимальной скорости. Аэродинамическое сопротивление огромно. Дополнительная энергия покупает несколько километров в час на коротком остатке прямой.

Такой джоуль дешевле (почти незаметен в общем итоге).

Следовательно, компьютер может сознательно оставить машину без полной электрической помощи в конце прямой, потому что те же мегаджоули принесли больше времени раньше.

Именно поэтому карта оптимальной энергетики иногда выглядит совершенно нелогично, если смотреть на неё глазами опытного гонщика.

А откуда берётся точность?

Любенецкий не оставил автомобиль в виде набора красивых теоретических коэффициентов. Он калибрует модель по настоящим квалификационным кругам 2026 года. Причём использует одну базовую модель автомобиля с несколькими уровнями аэродинамической нагрузки, а не строит новую машину специально под каждую трассу.

На Спа его расчёт дал 1.44,427 против реальных 1.44,361. На трассах, которые не использовались непосредственно для калибровки и для которых он считает геометрию достаточно надёжной, средняя ошибка сейчас составляет около 0,7 секунды. При этом сам автор указывает, где модель ещё не совпадает с действительностью: она может начинать тормозить на 10–30 метров раньше, а скорость отдельных поворотов расходится с реальной на 5–15 км/ч.

Это очень здоровая цифра. Не потому, что 0,7 секунды мало, а потому, что автор показывает одновременно и попадание, и промах.

Есть ещё одна проверка. Любенецкий научился извлекать ограниченную информацию из телевизионного «онбоарда»: публичная графика шумная и далеко не содержит командной телеметрии, но по ней можно восстановить характер участков отдачи, рекуперации и изменения энергетического состояния. После этого модель сравнивается уже не только с итоговым временем круга, но и с формой реального процесса: торможение - рекуперация, выход - отдача, затем постепенное опустошение батареи.

Это принципиально важнее совпавшей цифры секундомера.

Можно ошибиться в аэродинамике в одну сторону, в сцеплении шин - в другую, но на выходе совершенно случайно получить правильное время круга. Но гораздо труднее одновременно правильно воспроизвести скорость в поворотах, разгон, места торможения, «клиппинг» и расход энергии.

А шины они откуда взяли?

Из того же места, откуда и почти всё остальное: из модели.

Секретных коэффициентов «Пирелли» у независимого аналитика нет. Поэтому задача состоит не в том, чтобы воспроизвести химический состав резины, каркас и каждый переходный процесс внутри пятна контакта, а в том, чтобы достаточно правильно описать границу возможностей автомобиля.

У Любенецкого шины уже работают в режиме combined slip: одно и то же пятно контакта нельзя одновременно целиком потратить и на торможение, и на поворот. Есть перенос нагрузки, а значит четыре шины получают разные вертикальные силы. Дальше коэффициенты можно калибровать по реальным скоростям квалификационных кругов.

Апарисио действует несколько иначе, но принцип тот же: реальная телеметрия постоянно ставит модели контрольную проверку.

Поэтому попадание примерно в секунду на множестве разных трасс выглядит уже не чудом. Один и тот же набор физических зависимостей проверяется Монако, Монцей, Спа, Судзукой и Остином. Ошибка, которая прекрасно спряталась на одной трассе, на другой обычно вылезет наружу.

Значит, мы теперь знаем настоящую карту команды?

Нет. И это самая важная строка во всей истории.

Ни Апарисио, ни Любенецкий не знают настоящего State of Charge машины «Феррари», точной эффективности её MGU-K, карты ДВС, внутренних ограничений батареи и сотен параметров, которыми располагает команда.

Они получают физически правдоподобное решение, согласующееся с публичными данными.

Это не ответ на вопрос: «Что именно запрограммировал инженер “Мерседеса”». Это попытка объяснить, что должна была бы делать достаточно похожая машина при таких правилах, такой трассе и таких наблюдаемых скоростях, чтобы проехать круг примерно так.

Разница огромная. Но для технического анализа именно этот второй вопрос зачастую гораздо полезнее.

Цветная карта вместо гадания

Мы уже разбирали на «ГТ» энергетическую «гармонь» Спа, мадридскую цену прижима и остинскую необходимость придерживать электрических «кобыл». Профессиональные писатели из «Рейскара» ещё весной предупреждали, что карты отдачи и рекуперации придётся фактически строить отдельно под каждую трассу и даже отдельную сессию.

Апарисио и Любенецкий сделали следующий шаг: показали, что такую задачу можно хотя бы приближённо решить и за пределами заводского инженерного отдела. Для этого не потребовалось влазить в кремниевый мозг блока управления силовой установки или шпионить в производственном отделе «Пирелли».

Потребовались трасса, динамика автомобиля, регламент, реальные контрольные данные и программа, способная без устали много раз задать себе один и тот же вопрос: если потратить мегаджоуль здесь - сколько секунд он принесёт?

У нас есть определенные задумки из той же области. Только, зная наш нездоровый интерес к нижним этажам конструкторского автоспорта, заниматься мы будем не столько Формулой-1 с этими ее энергетическими выкрутасами (роль которых все равно будет постепенно уменьшатся с приближением смены регламента), а чем-то более полезным и применимым для гаражных самоделкиных, которые решат проехать круг-другой на своих прототипах по трассе.