วิธีเพิ่มประสิทธิภาพการแข่งขันให้ดียิ่งขึ้นด้วยยางรถแข่ง

บทบาทสำคัญของการเลือกยางรถในการวางแผนการแข่งขัน

หลักฟิสิกส์ของพลศาสตร์การยึดเกาะยางที่ความเร็วสูง

ยางรถยนต์ต้องรับแรงกดในแนวดิ่งที่มีค่าสูงถึง 5,000 ปอนด์-แรง และสร้างแรงยึดเกาะในแนวขวางซึ่งมีความสำคัญต่อการเข้าโค้ง ที่ความเร็วในการแข่งขันที่สูงกว่า 200 ไมล์ต่อชั่วโมง ปรากฏการณ์การสูญเสียพลังงานจากพื้นที่สัมผัส (Hysteresis effect) ทำให้ความสามารถในการยึดเกาะลดลง 12-15% สำหรับทุกๆ การเพิ่มอุณหภูมิของสนามแข่ง 10°C (วารสารวิศวกรรมมอเตอร์สปอร์ต, 2023) วิศวกรพยายามแก้ไขปัญหานี้ด้วยการปรับปรุงความยืดหยุ่นของยาง (ค่าความแข็งแรงแบบ Shore: 70-85A) ใช้ส่วนผสมของยางซิลิกาแบบนาโนเพื่อเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อน และออกแบบโครงสร้างแบบสองชั้นพร้อมชั้นในที่ทนความร้อน หลักการเหล่านี้ยังช่วยให้เราเข้าใจว่าทำไมยางต้นแบบจึงเสียเวลา 0.4 วินาทีต่อรอบ เมื่ออุณหภูมิเกินช่วงการทำงานที่เหมาะสมซึ่งอยู่ระหว่าง 105-125°C

สูตรส่วนผสมเฉพาะของยางรถยนต์สำหรับสนามแข่ง

ปัจจุบันซีรีส์การแข่งขันกำหนดให้มีทางเลือกของสารประกอบเดี่ยว (single compound) ต่อเหตุการณ์อย่างน้อย 3 ถึง 5 แบบ วงจรที่มีความหยาบสูง เช่น ที่ Suzuka จะใช้สารประกอบที่เสริมด้วยคาร์บอนแบล็คที่แข็งกว่า 40-60% ในขณะที่วงจรแบบถนนอย่างที่ Monaco จะใช้สารประกอบที่นุ่มกว่า มีโซ่โมเลกุลสั้นกว่า และมียางธรรมชาติประมาณ 30% เพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะทางกล การศึกษาในปี 2024 พบว่า การใช้ยางคู่ที่มีสารประกอบแบบ medium-soft ในช่วงทางที่มีการเลี้ยวโค้งจะช่วยลดเวลาการแข่งของรถยนต์ที่ใช้ยางคู่แบบ hard ทั้งหมดลงได้ 1.2-1.8 วินาที

กรณีศึกษา: โปรโตคอลยางของทีมแชมป์

ชัยชนะของทีม Mercedes-AMG Petronas ในการแข่งขัน Monaco GP 2024 แสดงให้เห็นถึงยุทธศาสตร์ยางอันยอดเยี่ยม: มีการจำลองก่อนการแข่งขัน 12 แบบสำหรับค่าอุณหภูมิของยางกับแทร็ก ใช้ช่วงเวลาเข้าพิท (loop) ที่แตกต่างกันสำหรับยางหน้า (loop 29) และยางหลัง (loop 33) พร้อมการวิเคราะห์การสึกหรอแบบเรียลไทม์โดยใช้ภาพเทอร์มัล 52-z โปรโตคอลนี้ช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอของเวลาต่อรอบ (lap consistency) ได้ 19% เมื่อเทียบกับคู่แข่ง และลดความถี่ในการเข้าพิทลงได้ 33% ซึ่งเป็นการพิสูจน์คำกล่าวในวงการแข่งรถว่า "ยางไม่ใช่แค่ชิ้นส่วน แต่เป็นเซ็นเซอร์"

อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องสำหรับการปรับตั้งค่าแบบเรียลไทม์

วิศวกรรมการแข่งขันในปัจจุบันมีการใช้เครือข่ายประสาทเทียมวิเคราะห์ข้อมูลมากกว่า 200 จุดต่อวินาทีจากเซ็นเซอร์ยางรถยนต์ เช่น ค่าความแตกต่างของอุณหภูมิ แรงด้านข้าง และรูปแบบการบิดตัวของยาง ในปี 2023 แบบจำลองที่เผยแพร่ใน IEEE Access ได้แสดงให้เห็นว่าในด้านนี้ CNN สามารถเพิ่มความแม่นยำในการปรับแรงดันได้มากขึ้น 23% เมื่อเทียบกับแบบจำลองแบบสถิตย์ เมื่อเชื่อมโยงกับข้อมูลระยะไกล (telemetry) และฐานข้อมูลประสิทธิภาพในอดีต ระบบเหล่านี้ใช้การลดการบังคับพวงมาลัยของผู้ขับขี่ และจลนศาสตร์ของระบบช่วงล่าง เพื่อทำนายและป้องกันสถานการณ์การเลี้ยวไม่เข้า/การหมุนหลัง

เทคโนโลยีการปรับเทียบแรงดันตามสภาพอากาศ (WRPC® Technology)

ระบบใหม่รวมแบบจำลองพยากรณ์อากาศระดับเมโซสเกลเข้ากับเซ็นเซอร์ตรวจจับความชื้นบนผิวทางวิ่ง โดยมีการปรับปรุงโปรไฟล์แรงดันแบบปรับตัวได้ทุกๆ 0.8 วินาที (11) ในระหว่างการแข่งขัน Spa-Francorchamps 24h ปี 2024 ทีมที่ใช้การปรับเทียบสำหรับสภาพถนนเปียกซึ่งสามารถปรับตัวให้เหมาะสมกับสภาพจริง สามารถลดความแปรปรวนของเวลาต่อรอบในสภาพถนนเปียกลงได้ถึง 41% เมื่อเทียบกับการปรับตั้งค่าแบบด้วยตนเอง เทคโนโลยี WRPC® ใช้การเรียนรู้เชิงเสริมเพื่อค้นหาจุดสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างพื้นที่สัมผัสที่เหมาะกับถนนปกติ และการตอบสนองของดอกยางที่ดีที่สุดภายใต้สภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

ความขัดแย้ง: การพึ่งพาเทคโนโลยีอัตโนมัติมากเกินไป

แม้ว่า 58% ของทีม WEC ในปัจจุบันจะพึ่งพาการจัดการแรงดันด้วยระบบปัญญาประดิษฐ์ (AI pressure management) (จากการสำรวจของ FIA ปี 2023) แต่วิศวกรที่มีประสบการณ์โต้แย้งว่าระบบอัลกอริธึมยังคงไม่สามารถทำสิ่งที่เรียกว่าสัญชาตญาณของมนุษย์ได้ง่ายนักในเหตุการณ์ที่ไม่คาดคิดแบบ black-swan เช่น พายุลูกเห็บที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน หรือการสูญเสียแรงดันเนื่องจากเศษซากบนสนาม ตัวอย่างเช่น เหตุการณ์ยางแตกรถต้นแบบ LMDh ที่เลอมังส์ในปี 2023 ได้จุดประกายการถกเถียงในลักษณะเดียวกันเกี่ยวกับการที่ทีมต่างๆ มองข้ามคำเตือนจากเซ็นเซอร์ เนื่องจากความมั่นใจที่เพิ่มขึ้นในเนื้อหาของอัลกอริธึม สถาบันเทคนิค motorsport: เราสนับสนุนให้รักษารูปแบบการตัดสินใจแบบผสมผสานไว้ โดยที่คำแนะนำของ AI จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบจากมนุษย์ในช่วงเวลาที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย

การต้านทานการเหินน้ำบนพื้นถนนผ่านวิศวกรรมดอกยาง

การต้านทานการเกิดการลื่นไถลจากน้ำเริ่มต้นที่การออกแบบดอกยาง ซึ่งเกิดขึ้นระดับโมเลกุลด้วยร่องและรอยแตกร้าว (sipes) เพื่อช่วยให้น้ำไหลออกจากยางได้ดีขึ้น ล่าสุดจากผู้ผลิตรายใหญ่ที่ผลิตดอกยางแบบไมโครร่อง ใช้หลักการพลศาสตร์ของไหล (computational fluid dynamics) เพื่อปรับปรุงเครือข่ายไมโครร่อง ทำให้น้ำถูกขับออกได้เร็วขึ้น 15-20% เมื่อเทียบกับลวดลายมาตรฐาน การออกแบบระดับละเอียดนี้ช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการยกตัวของยางที่อันตราย ซึ่งเกิดจากแรงดันไฮโดรไดนามิกที่ความเร็วเกิน 50 ไมล์ต่อชั่วโมง ซึ่งมากกว่าแรงดันปิดผนึกของปลั๊กยาง (reservoir nipple)

ลวดลายไมโครร่องสำหรับครองความได้เปรียบบนทางเปียก

ยางสำหรับการขับฝนในปัจจุบันมีร่องไมโครขนาด 0.2-0.5 มม. ที่เชื่อมต่อกันแบบฟันเฟือง — ซึ่งเป็นความกว้างที่ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะ เพื่อให้สามารถตัดผ่านชั้นน้ำได้ ขณะเดียวกันยังคงไว้ซึ่งความแข็งแรงของโครงสร้างบางส่วน ครั้งนี้ ร่องเหล่านี้ ร่วมกับร่องขนาดใหญ่ (macro-grooves) สร้างระบบการระบายน้ำแบบหลายขั้นตอน ที่ช่วยให้ยางยังคงสัมผัสกับผิวแอสฟัลต์ได้แม้ในสภาพน้ำท่วมขังระดับ 5 มม. การทดสอบยางบนสนามใหม่แสดงให้เห็นว่า ยางที่มีลวดลายร่องไมโครเป็นรูปทรงหกเหลี่ยมสามารถยึดเกาะมุมโค้งได้ดีขึ้น 18% เมื่อเทียบกับยางชนิดเดียวกันที่ใช้ลายร่องเชิงเส้น

2024 การวิเคราะห์นวัตกรรมยางรถแข่งสูตรหนึ่งในสภาพฝนตก

ยางรถสูตร 1 ใหม่ล่าสุดสำหรับสภาพถนนเปียกมีบล็อกดอกยางที่มีความลึกเปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งตอบสนองต่อปริมาณฝนที่แตกต่างกัน ยางใช้สารประกอบโพลิเมอร์สูตรพิเศษที่มีความนุ่มขึ้นเมื่อเปียก ทำให้ขนาดพื้นที่สัมผัสของยางกับถนน (contact patch*) เพิ่มขึ้นถึง 12% เพื่อให้ได้แรงยึดเกาะอันยอดเยี่ยมในสภาพถนนเปียก ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีช่องระบายไมโครแบบเลเซอร์ที่มีขนาดเล็กกว่า 0.2 มม. ซึ่งช่วยลดเหตุการณ์รถไถลบนผิวน้ำ (hydroplaning) ลงได้ถึง 37% เมื่อเทียบกับรุ่นก่อนหน้าในการทดสอบช่วงปรีซีซั่น 2024 และขณะนี้ทีมแข่งขันต่างใช้เซ็นเซอร์ตรวจสอบการสึกหรอของดอกยางแบบเรียลไทม์ เพื่อติดตามประสิทธิภาพของร่องยางในแต่ละรอบการแข่งขัน

การเสื่อมสภาพจากความร้อน: การป้องกันและสมรรถนะ

การเสริมใยคาร์บอนในโครงสร้างข้างยาง

ยางแข่งขันสมัยใหม่ได้ผนวกผนังข้างที่เสริมด้วยเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์ เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพจากความร้อนภายใต้สภาวะการขับขี่ปกติในอุณหภูมิที่เกิน 200 ไมล์ต่อชั่วโมง ด้วยชุดสายพานอารามิดแบบไฮบริดที่มักใช้ในวัสดุการบินอวกาศ ช่วยลดอุณหภูมิสูงสุดในการทำงานลง 22% เมื่อเทียบกับสารประกอบยางมาตรฐาน (Kutz 2018) ซึ่งช่วยรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างขณะเข้าโค้ง และให้ความมั่นคงขณะขับขี่ด้วยความเร็วสูง การศึกษาล่าสุดทางวิทยาศาสตร์วัสดุได้แสดงให้เห็นว่าเส้นใยของผนังข้างสามารถกระจายความร้อนออกจากพื้นที่ที่มีความเครียดได้อย่างไร จึงป้องกันการเกิดพอง (Blistering) และการแยกชั้นได้

การทำแผนที่ความร้อนอินฟราเรดสำหรับทำนายการสึกหรอ

บางทีมใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดติดตั้งบนยานพาหนะ เพื่อสร้างแผนที่อุณหภูมิแบบเรียลไทม์ของพื้นผิวยาง เพื่อระบุจุดที่มีความร้อนสูง ซึ่งอาจบ่งชี้ถึงการสึกหรอ อุปกรณ์นี้ถูกใช้เพื่อทำนายมุมคาสต์ (camber angles) และแรงบรรทุกของช่วงล่าง (suspension loads) และสามารถลดการเกิดความล้มเหลวในช่วงแรกของการแข่งขันแบบ Endurance ได้ถึง 19% ในงาน 24 Hours of Le Mans 2023 ทีมชั้นนำได้อ้างอิงข้อมูลนี้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของยางที่ใช้ระยะทางสามช่วง (triple-stintting) โดยไม่เสียจังหวะความเร็ว

กลยุทธ์การเอาชีวิตรอดในการแข่งขัน NASCAR Endurance Race

NASCAR ต่อสู้กับความร้อน: ทีม NASCAR ใช้การปรับสภาพยางก่อนการแข่งขันเพื่อรับมือกับความเครียดจากความร้อน โดยนำยางไปผ่านกระบวนการ 'การปรุง' เพื่อควบคุมความยืดหยุ่นของสารประกอบให้คงที่ที่อุณหภูมิ 160 องศา เทคนิคนี้ทำบนเครื่องจำลองทั้งหมด 160 เครื่อง หนึ่งในวิธีที่การแข่งขันระยะทาง 600 ไมล์แตกต่างไปจากการทดสอบก่อนหน้านี้คือการกำหนดช่วงเวลาเปลี่ยนยางที่ไม่เท่ากัน เช่น เปลี่ยนยางด้านซ้ายใหม่ในช่วงกลางการแข่งขัน ขณะที่ยางด้านขวาจะถูกนำกลับมาใช้หลังผ่านการสะสมความร้อนแล้ว เพื่อให้ทีมสามารถรักษาแรงยึดเกาะและควบคุมการฟื้นตัวทางความร้อนได้อย่างสมดุล เทคนิคนี้เมื่อรวมกับการไม่เปลี่ยนยางด้านซ้ายระหว่างการแข่งขัน ทำให้จำนวนการจอดเปลี่ยนยางฉุกเฉินในการแข่งขัน Coca-Cola 600 เมื่อปีที่แล้วลดลง 31% เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนยางครบทุกด้านแบบปกติ

การเพิ่มประสิทธิภาพช่วงเวลาเปลี่ยนยางเชิงกลยุทธ์

แบบจำลองการถดถอยระหว่างเวลาต่อรอบกับการสึกหรอของยาง

ทีมแข่งขันในปัจจุบันใช้แบบจำลองการถดถอยที่ใช้การเรียนรู้ของเครื่องเพื่อปรับแต่งการเสื่อมสภาพของยางโดยคำนึงถึงสมรรถนะของเวลาต่อรอบ (lap-time performance) ระบบดังกล่าวจะตรวจสอบข้อมูลหลายพันรายการ เช่น แรงด้านข้าง อุณหภูมิของดอกยาง และความหยาบของสนามแข่ง เพื่อทำนายจุดที่สมรรถนะจะลดลงอย่างกะทันหัน ตัวอย่างหนึ่งคือ การศึกษาเกี่ยวกับรถยนต์แข่งในปี 2023 พบว่ายางที่สึกหรอถึง 30% จะลดความเร็วในการเข้าโค้งลง 2.1% ต่อรอบ ทำให้เวลาต่อรอบเพิ่มขึ้นเฉลี่ย 0.8 วินาทีต่อรอบในสนามปกติ โดยการประมวลผลข้อมูลระยะไกลจากเซ็นเซอร์ยาง เราสามารถใช้อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องที่สามารถทำนายช่วงเวลาที่เหมาะสมที่สุดในการเปลี่ยนยางได้แม่นยำภายใน ±3 รอบ

จิตวิทยาของการเข้าพิท: การตัดสินใจภายใต้แรงกดดัน

ทีมช่างกำลังเผชิญกับการตัดสินใจแบบเสี้ยววินาทีที่ได้รับผลกระทบจากข้อมูลวิเคราะห์ยางแบบเรียลไทม์และการแข่งขันที่ดุเดือด ชุดเซ็นเซอร์ประสิทธิภาพสูงสามารถอ่านค่าการลดลงของแรงดันอากาศได้ละเอียดถึง 0.1 PSI ซึ่งส่งสัญญาณถึงการสูญเสียแรงยึดเกาะที่กำลังจะเกิดขึ้น ในขณะที่คุณต่อสู้เพื่อผ่านโซนที่สภาพเปียก-แห้งสลับกันไปมา แต่ 72% ของหัวหน้าทีมช่างที่คว้าแชมป์ (Motorsport Analytics 2023) สารภาพว่าพวกเขาบางครั้งปิดการเตือนอัตโนมัติระหว่างการส่งรถนิรภัย (safety car) เพื่อแสวงหาตำแหน่งที่ได้เปรียบบนแทร็ก ความตึงเครียดระหว่างการทำงานของอัลกอริทึมเชิงพยากรณ์กับสัญชาตญาณของมนุษย์ยังคงเป็นหัวใจสำคัญของกีฬาประเภทนี้—ทีมที่ผสานการคาดการณ์การสึกหรอจากคลาวด์กับข้อมูลอินพุตจากนักแข่งในห้องนักบิน สามารถตัดสินใจเรื่องการเข้าพิทได้เร็วกว่าคู่แข่งที่พึ่งพาข้อมูลเพียงอย่างเดียวถึง 19%

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดการเลือกยางจึงมีความสำคัญต่อกลยุทธ์การแข่งขัน?

การเลือกยางมีความสำคัญเนื่องจากสภาพแทร็กที่แตกต่างกัน อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง และความต้องการเฉพาะของแต่ละสนาม ซึ่งส่งผลต่อแรงยึดเกาะ การถ่ายโอนพลังงาน และสมรรถนะโดยรวมของยานพาหนะ

ระบบปัญญาประดิษฐ์ปรับแต่งแรงดันลมยางอย่างไร?

ระบบปัญญาประดิษฐ์ใช้อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องจักรและการวิเคราะห์ข้อมูลแบบเรียลไทม์เพื่อปรับแรงดันลมยางแบบไดนามิก ช่วยเพิ่มแรงยึดเกาะและประสิทธิภาพการขับขี่ให้เหมาะสมกับสภาพสนามและปฏิกิริยาของรถยนต์

มีความก้าวหน้าใดบ้างในการป้องกันการเกิดไฮโดรเพลน?

ความก้าวหน้าล่าสุด ได้แก่ ลายดอกยางแบบร่องไมโครและสารประกอบโพลิเมอร์ที่ออกแบบพิเศษ ซึ่งช่วยเพิ่มการระบายน้ำและรักษาการสัมผัสระหว่างยางกับพื้นสนาม ลดความเสี่ยงจากการเกิดไฮโดรเพลน