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Technique : la télémétrie et son analyse par l'exemple Hamilton

Si "l'affaire du tweet" impliquant Lewis Hamilton a fait grand bruit dans le paddock dans le contexte de la saison des transferts, les amateurs de technique auront apprécié le fait de mettre la main sur une feuille de télémétrie générée en conditions réelles. L'occasion pour la rédaction de Fan-F1.com de vous proposer un aperçu de la télémétrie et des possibilités d'analyse qu'elle met à disposition des écuries.

© DR - Des courbes qui valent de l'or pour les écuries© DR - Des courbes qui valent de l'or pour les écuries

Le mot télémétrie désigne un système conçu pour effectuer des mesures sur un objet distant, les transmettre en direct par communication radio et les enregistrer pour une exploitation ultérieure. Utilisée par ailleurs dans des domaines aussi divers que l'aéronautique, la météorologie ou encore l'industrie nucléaire, la télémétrie est donc partie intégrante de l'électronique embarquée dans les monoplaces de Formule 1. C'est donc fort logiquement qu'elle a vu le jour à l’avènement de l'électronique en sport automobile au tout début des années 1990.

Concrètement, les monoplaces sont équipées de plusieurs centaines de capteurs (de température, de vitesse, de pression, de fréquence, etc.) reliés par des câbles à l'unité de contrôle électronique de la voiture, qui, en plus de pouvoir les afficher sur le volant si besoin, les transmet par lien radio à un ordinateur situé dans les stands, qui les réceptionne et les stocke. De cette manière les ingénieurs, sur le muret ou dans le box, peuvent voir en temps réel l'évolution des données mesurées par les capteurs, et donc observer quelles sont les actions du pilote et comment la voiture y réagit.

Il fut même un temps où la technologie était tellement avancée que la télémétrie pouvait se faire dans l'autre sens, on parlait alors de télémétrie bidirectionnelle : des données pouvaient être envoyées des stands vers la voiture, ce qui permettait par exemple aux ingénieurs de modifier la cartographie employée par le moteur sans passer par le pilote. Mais ce temps est révolu depuis 2003, la FIA ayant légiféré en interdisant la transmission des données dans le sens stand-voiture.

Depuis 2008, le système électronique des monoplaces de Formule 1 est commun à toutes les équipes, et fourni, après appel d'offre de la FIA, par McLaren Electronic Systems. La télémétrie est par voie de conséquence elle aussi totalement standard, MES affichant à son catalogue tous les éléments nécessaires : capteurs, câblages, unités de contrôle, système d'alimentation en électricité, afficheurs, antennes de transmission, ainsi que tous les logiciels nécessaires à l'affichage des données sur un écran d'ordinateur et à leur impression papier.

Mais McLaren ne se doutait pas qu'un jour, des informations issues de leur système, qui plus est concernant une des créations-mêmes de l'écurie de Woking, tomberaient dans le domaine public. En postant sur Twitter une photographie de sa télémétrie, Lewis Hamilton a libéré le courroux de McLaren, dont le directeur Martin Whitmarsh avait déploré une « erreur du jugement » du pilote anglais. Les implications relationnelles d'une telle manœuvre, dans le contexte du possible départ du natif de Stevenage vers Mercedes, ayant déjà été largement abordées dans ses colonnes, Motorsinside.com vous propose de jeter un coup d’œil sur les données ainsi mises à la disposition de tous.

La télémétrie de Lewis Hamitlon

De prime abord, le document est divisé en deux parties. À droite se situe un large graphique (a) où est affiché un ensemble de courbes que nous détaillerons par la suite. Dans cette zone sont en réalité superposées les données de deux tours, représentés respectivement par une ligne bleue et une ligne rouge, et où l'on peut voir un marqueur vertical (b). En haut à gauche, un cartouche (c) rassemble un ensemble d'informations prélevées au moment que met en valeur le marqueur (b). Ainsi, en lisant les graduations horizontales (d), à cet endroit du circuit, c'est-à-dire environ 2200 mètres après la ligne de départ (ce qui correspond à un point proche du bout de la ligne droite du Kemmel), la vitesse de la voiture lors du tour rouge était de 291,6 km/h, et le régime moteur était de 16268 tours/min.

Les différents tracés représentent :
- 1 : la vitesse de la voiture ;
- 2 : le braquage des roues avant (la courbe monte lorsque les roues sont braquées vers la droite) ;
- 3 : l'écart entre le tour rouge et le tour bleu (la courbe descend quand le tour bleu est plus rapide que le tour rouge) ;
- 4 : le rapport de boîte engagé ;
- 5 : la pression sur les pédales d'accélérateur et de frein (superposés).

Bien évidemment, d'autres informations peuvent être sélectionnées et analysées. On peut ainsi citer l'utilisation du KERS ou du DRS, la puissance moteur, la pression des pneus, les forces centrifuges, les débattements de suspension, ou encore la garde au sol. Ces informations sont de différents ordres, ce qui permet d'utiliser la télémétrie de différentes manières. La télémétrie peut par exemple permettre à un pilote d'observer ses propres actions (accélérateur, frein, direction, rapport de boîte, KERS, DRS) afin d'améliorer son pilotage, notamment en comparant ses propres courbes avec celles de son équipier.

Les écuries utilisent également la télémétrie pour améliorer les réglages de leur voiture. Si les graphiques n'ont pas la même portée que le ressenti du pilote au sortir de sa monoplace, ils permettent de souligner un comportement sous-vireur ou sur-vireur, ou encore de voir la tenue de route d'une voiture sur les vibreurs.

Enfin, comme nous allons le voir avec l'exemple que nous étudions, la télémétrie permet de contribuer au développement d'une voiture, en donnant la possibilité d'établir des comparaisons entre différentes configurations de pièces. Ainsi, le but de la feuille twittée par Lewis Hamilton est de comparer les performances de la MP4-27 avec et sans le nouvel aileron arrière amené par McLaren à Spa.

Au premier regard, une simple lecture du tracé 1 souligne de manière évidente un manque de vitesse de pointe. L'échelle du tracé n'étant pas claire, il est en revanche difficile de quantifier le différentiel entre le tour rouge et le tour bleu. De manière intéressante, le fonctionnement de l'aileron arrière semble se déclencher à partir d'une certaine vitesse, à laquelle le tracé bleu prend le dessus sur le tracé rouge qui semble plafonner.

Une seconde analyse permet également d'affirmer que, contrairement à l'idée généralement admise dans le F1 Circus, les deux tours ainsi comparés ne sont pas les tours de Q3 de Lewis Hamilton et de Jenson Button. Tout d'abord, le tracé 3 permet de déterminer que l'écart final entre les deux chronos est inférieur à 0.1 seconde (de l'ordre de 6 ou 7 centièmes), en faveur du tour rouge, paradoxalement celui qui est de loin le moins rapide dans les lignes droites. Or, l'écart en Q3 entre les meilleurs tour des pilotes McLaren était de 821 millièmes, et en faveur de Jenson Button.

Le tour rouge n'est pas non plus le tour le plus rapide de Lewis Hamilton en Q3 : il suffit de regarder une comparaison entre les meilleurs tours en Q3 de Jenson Button et de Lewis Hamilton pour noter à l'oreille que le régime moteur en bout de ligne droite pour Lewis Hamilton est proche des 18.000 tours/min auxquels Jenson Button est bloqué à fond de 7ème rapport. Cela ne cadre donc pas avec les 16.268 tours annoncés au niveau du marqueur : il est par conséquent difficile de savoir clairement quels tours sont réellement comparés.

Après un passage en revue de tous les chronos signés par les McLaren le samedi du Grand Prix de Belgique – le vendredi s'étant disputé sous la pluie et le document ayant été envoyé le dimanche matin – plusieurs tours significatifs réalisés par les pilotes de l'écurie anglaise sont séparés par un écart allant de 51 à 99 millièmes. On ne peut donc pas statuer sur l'origine réelle des deux tours ainsi mis en opposition : s'il semble acquis que Lewis Hamilton est l'auteur du tour rouge, déficitaire dans les lignes droites, impossible en revanche de savoir qui de lui ou de Jenson Button était au volant lors du tour bleu, et dans quelle séance (Libres 3 ou Qualifications) chacun d'entre eux a été réalisé : la comparaison directe pourrait donc être purement et simplement inutile si les tours ont été enregistrés dans des séances différentes, donc dans des conditions incomparables.

Évidemment, les ingénieurs de McLaren, outre le fait qu'ils savent de quels tours il s'agit, détiennent des données supplémentaires qui peuvent leur permettre, si besoin, de corriger d'éventuelles différences de conditions entre ces deux chronos. Quoi qu'il en soit, pour l'intérêt de la présente démonstration, nous allons supposer que ces deux tours ont été réalisés dans des conditions comparables – outre l'aileron arrière qui est l'objet-même de la comparaison.

Comme indiqué par écrit à gauche du cadre réservé aux graphiques, dans la seule pleine charge menant de la Source aux Combes, le tour rouge perd beaucoup de temps sur le tour bleu. Il semble tout de même qu'au vu des graduations (e), l'écart soit légèrement surestimé : au départ de la diminution de l'écart (f) le tour rouge est en avance d'un dixième sur le tour bleu, mais au bout de la ligne droite (g), l'écart est de 4 dixièmes en faveur du tour rouge : soit un déficit plus proche de la demi-seconde que des 6 dixièmes indiqués. La même approximation se retrouve à droite dans la pleine charge qui mène à Blanchimont puis à l'Arrêt de bus : l'écart est mesurable à environ 35 centièmes plutôt que la demi-seconde indiquée.

L'auteur des notes manuscrites omet également le fait que malgré les près de 9 dixièmes ainsi perdus dans les longues pleines charges, l'auteur du tour rouge rattrape son retard grâce aux freinages, virages et réaccélérations qui lui permettent de terminer le secteur 2 avec 2 dixièmes d'avance sur le tour bleu. Au final, il le devance même sur la ligne : l'appui supplémentaire de l'ancien aileron a permis au pilote de freiner plus tard, de rentrer plus fort dans les virages, et de réaccélérer plus tôt et plus franchement qu'avec un aileron moins générateur d'appui.

Il est donc surprenant que Lewis Hamilton ait tenu à montrer le déficit de l'ancien aileron arrière avec ce document, alors qu'au final, la présente analyse, bien que rapide et effectuée par une personne extérieure à l'équipe, montre que les apports du nouvel aileron dans les secteurs 1 et 3 sont compensés dans le secteur 2. D'aucuns pourraient même penser que cette feuille de télémétrie est à l'origine du choix de Lewis Hamilton et de l'équipe de la McLaren numéro 4 de ne pas monter le nouvel aileron pour les qualifications et la course, et que justifier le manque de performance en qualifications par la simple absence de l'aileron est un peu facile.

D'ailleurs, la vidéo évoquée ci-dessus est très claire : si l'aileron a sans aucun doute joué un rôle dans l'écart de 4 dixièmes enregistré dans le premier secteur en Q3, il convient également de noter que Lewis Hamilton a commis une erreur au freinage de la Source. En bloquant sa roue avant, le Britannique a manqué le point de corde et remis les gaz plus tard, un déficit de vitesse qui s'est irrémédiablement accumulé tout le long des 1700 mètres qui séparent la Source des Combes. Dans le secteur 2, en revanche, Lewis Hamilton ne parvient pas à reprendre le dessus sur Jenson Button grâce à l'appui supplémentaire, la faute à une voiture qui semble légèrement sur-vireuse. Dans le secteur 3, l'écart se creuse à nouveau alors que la sortie de virage de Lewis Hamilton est cette fois-ci propre, un écart que l'on peut donc entièrement mettre au crédit de l'aileron de Jenson Button.

On peut donc considérer qu'avec un léger ajustement de son aileron avant (quelques clics en moins), Lewis Hamilton se serait retrouvé avec une voiture légèrement plus rapide en ligne droite et mieux équilibrée en virage, donc beaucoup plus à même de rivaliser avec celle de Jenson Button. Bien sûr, les chances du Champion du Monde 2008 n'étaient pas les meilleures sans l'aileron installé sur la voiture de Jenson Button, mais la télémétrie et la vidéo montrent que la totalité des 8 dixièmes qui séparaient les deux McLaren à la fin des qualifications n'était sûrement pas à mettre au seul crédit de l'aileron.

Voila en tout cas ce qu'il est possible de tirer du peu d'information que contient cette image. Il va sans dire qu'avec une photo de meilleure qualité et dans une définition plus grande, cette analyse aurait pu être plus fournie. Mais elle ne représente qu'une très faible partie de ce que les kilomètres de données amassées par les écuries peuvent leur apprendre. Autant de données qui font donc que la télémétrie, grâce à ses usages multiples, est cruciale dans la Formule 1 moderne.


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10 réactions sur cet article Donnez votre avis
Adelin
Adelin :
Super sujet !!
Il aurait du être mis dans les chronique pour bien le mettre en évidence... ;-)
Il y a 76 mois
La rédac'
La rédac' :
Les chroniques sont un contenu spécifique, hebdomadaire et d'opinion, ce qui n'est pas le cas de cet article qui est mis en avant sur la page d'accueil du site ;)
Il y a 76 mois
Adelin
Adelin :
Ok !!
Je ne passe jamais par la page d'accueil : dans mes favoris, je tombe direct sur les Actus ;-)
Il y a 76 mois
Fan2F1
Fan2F1 :
"justifier le manque de performance en qualifications par la simple absence de l'aileron est un peu facile"
Sauf que la course d'après, quand il a eu le même aileron que Jenson, il a mis la misère à tout le monde, y compris Jenson, donc oui c'est l'absence du nouvel aileron qui l'a privé d'une victoire à Spa.
Il y a 76 mois
Dino
Dino :
@Fan2F1
Oui, enfin encore une fois, l'aileron arrière n'est pas le seul paramètre qui peut expliquer que Lewis ait été plus fort que Button en course... Ce que dit l'article c'est que l'aileron ne justifie pas tout et penser que seul l'aileron explique le fait que Hamilton "domine" Button à Monza est là aussi un peu facile.
Il y a 76 mois
Gusgus
Gusgus :
@Fan2F1 : relisez l'article et vous verrez que nous sommes à peu près d'accord : effectivement, l'aileron a eu une importance, mais dans les 8 dixièmes d'écart en Q3, il y a aussi la faute d'Hamilton à l'épingle de la Source et le survirage de sa voiture dans le deuxième secteur (deux faits clairement visible sur la vidéo). D'où l'existence de la phrase que vous citez : je maintiens que mettre la faute entièrement sur l'absence de l'aileron sur sa voiture est un peu facile et que Lewis Hamilton aurait pu mieux sa qualifier sans cet aileron arrière.

Malheureusement, nous n'avons pas la télémétrie de Button à Monza pour conjecturer sur ses performances italiennes.
Il y a 76 mois
Unamed
Unamed :
Sublime article !
Il y a 76 mois
Ren or
Ren or :
Génial ce dossier technique ! Si les données de la télémétries sont transmises par ondes radio au stand...

1/ comment ces ondes sont cryptées ?
2/ qu'est-ce qui empêche les équipes adverses de capter ses ondes ?
Il y a 76 mois
Gusgus
Gusgus :
@Ren or :

Je vais essayer d'être concis, une réponse précise à vos questions nécessiterait presque un deuxième article.

Si je peux me permettre un préambule, dans lequel je vais répondre à votre deuxième question, on ne crypte pas à proprement parler des ondes, ce sont les données qu'elles transportent qui sont cryptées. À tel point que n'importe quel individu connaissant la fréquence à écouter (ce qui n'est pas forcément le cas dans l'exemple de la F1, j'ose espérer que l'organisme qui attribue les fréquences nécessaires à la télémétrie ne les communique qu'aux écuries concernées) peut récupérer le flux de données cryptées. Et même en connaissant la fréquence, recueillir les données ne garantit pas qu'on puisse les décrypter correctement.

Avant de tenter une réponse à votre première question, il est peut-être judicieux d'expliquer rapidement comment on crypte des données. Le cryptage est une opération mathématique complexe (un algorythme) entre un flux de données, généré par une source (ici les capteurs et l'ECU de la voiture) et une clé (une suite aléatoire de N chiffres, N dépendant de l'algorythme employé) choisie au préalable.

Dans l'exemple qui nous intéresse, on cherche à être en mesure de décrypter les données une fois la transmission réalisée pour les interpréter. On doit donc réaliser un cryptage qu'on appelle symétrique, en ce sens que la clé est la même pour crypter et pour décrypter les données. De sorte que si l'on note @ l'opération mathématique de cryptage (de la même manière que l'on note + l'addition), alors :

Données non cryptées @ clé = Données cryptées

et

Données cryptées @ clé = Données non cryptées


D'ailleurs, il est probable que vous utilisiez régulièrement sans forcément le savoir un cryptage symétrique, par exemple lorsque vous êtes connecté en WiFi à votre box de manière sécurisée. Soit dit en passant, ne changez pas la clé réglée par défaut dans votre box, ou en tout cas gardez-en une qui semble aléatoire : mettre une clé simple à retenir de tête ouvre des possibilités à un pirate de procéder à une attaque par dictionnaire : la première chose que fait un attaquant, c'est essayer des clés qu'il sait fréquemment utilisées et peu sures ("0000", "1234", des suites qui ne contiennent que des chiffres, des dates de naissance, etc.).

Bref, j'en reviens à votre première question. Je ne peux évidemment pas y répondre précisément : c'est justement l'inconnu dans le cryptage qui le rend vraiment sûr. En tout cas, la documentation des éléments de communication radio fournis par McLaren Electronic Systems ne parle jamais de cryptage, par contre, beaucoup de ces éléments sont programmables. C'est donc a priori aux écuries de déterminer quel algorythme de chiffrement employer pour que les données soient réellement transmises de manière sure, puis de les programmer dans les boîtiers de MES. Voire pour les plus courageuses (et les plus riches) d'entre elles, d'élaborer leur propre algorythme - ce qui n'est pas une mince affaire.

Et de toute façon, même si une écurie adverse savait quel est l'algorythme utilisé, si cet algorythme n'est pas encore obsolette, c'est-à-dire si des chercheurs n'y ont pas trouvé une faille qui permet de décrypter rapidement les données, et si la clé est choisie aléatoirement, le seul moyen de décrypter les données est d'essayer toutes les clés possibles, ce qui même avec la puissance des supercalculateurs actuels est impossible à réaliser dans un temps à l'échelle de la vie humaine. C'est ce qui fait la puissance du cryptage des données.
Il y a 76 mois
Ren or
Ren or :
@Gusgus : merci pour ces explications.

Pour revenir au Wifi. Le mot de passe de connexion est avant tout utilisé pour éviter les voisins d'utiliser sa connexion... si en plus il faut penser à un éventuel pirate qui passerait par là tel GG Street view, on a pas fini de devenir paranoïaque !
Il y a 76 mois
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