Trong mỗi tuần đua, các đội đua F1 chạy hàng tỷ mô phỏng chiến lược để tìm ra con đường nhanh nhất về đích. Những dữ liệu mô phỏng sẽ trang bị cho các chiến lược gia thông tin cần thiết, giúp họ đưa ra các quyết định mang tính sống còn chỉ trong tích tắc. Đây chính là thứ có thể tạo nên khác biệt giữa chiến thắng và thất bại.
Vai trò của chiến lược gia trong đội đua
Không giống như phần lớn các kỹ sư làm việc tại đường đua, chiến lược gia trong mỗi đội đua không trực tiếp tham gia cải thiện hiệu suất chiếc xe. Thay vào đó, họ nhìn vào bức tranh tổng thể, và tập trung tối đa hóa kết quả cuối tuần thi đấu với mức hiệu năng mà chiếc xe hiện có thể đạt được.
Để làm được điều đó, họ dành ra rất nhiều thời gian để phân tích sức cạnh tranh của các đối thủ, cũng như của chính đội mình. Những dữ liệu này giúp họ xây dựng một bức tranh tổng quan về các kịch bản của cuộc đua. Dữ liệu đồng thời được cập nhật theo thời gian thực, cho phép các chiến lược gia phản ứng nhanh trước điều kiện đường đua và các quyết định của đối thủ.
Mô phỏng chiến lược
Về cơ bản, việc mô phỏng chiến lược đua thường xoay quanh ba yếu tố cốt lõi:
- Mô hình lốp
- Tối ưu hóa khi chạy trong không khí sạch (free air optimisation)
- Mô phỏng Monte Carlo
Randeep Singh – Giám đốc đua xe của McLaren chia sẻ: "Thông thường, chúng tôi bắt đầu xem xét những yếu tố nền tảng từ khoảng vài tuần trước mỗi chặng đua. Có hai yếu tố cơ bản giúp bạn xây dựng đường cơ sở cho chiến lược phù hợp: hành vi của lốp và thời gian mất mát khi vào pit. Lốp xuống cấp càng nhanh thì bạn càng muốn dừng pit nhiều lần. Ngược lại, thời gian mất mát ở pit càng lớn thì số lần dừng pit bạn muốn thực hiện càng ít."
"Từ hai yếu tố nền tảng đó, bạn có thể xác định chiến lược nhanh nhất, nếu như chỉ đua một mình," Singh nói tiếp: "Tuy nhiên, khi có sự tương tác với các xe khác - như là vượt xe hay chạy bám phía sau, bài toán lúc này sẽ trở nên phức tạp hơn rất nhiều. Đây là lúc chiến lược của các đối thủ và cả lý thuyết trò chơi (game theory) bắt đầu đóng vai trò then chốt."
Mô hình lốp
Lốp xe có ảnh hưởng lớn nhất tới chiến lược đua trong F1. Việc hiểu rõ cách mỗi chiếc xe tương tác với lốp cho phép các đội đánh giá được tốc độ của đối thủ, từ đó xác định khả năng vượt xe trong cuộc đua.
Vì vậy, các mô hình lốp trong F1 cực kỳ phức tạp. Chúng được xây dựng dựa trên hàng trăm tham số và được cập nhật liên tục theo thời gian thực trong suốt chặng đua.
Tuy nhiên, để xây dựng một mô hình lốp đơn giản, bạn chỉ cần ba thông tin cơ bản:
- Tốc độ nền (base pace): tốc độ nhanh nhất của bộ lốp khi còn mới
- Độ suy giảm lốp (tyre degradation): mức độ suy giảm hiệu suất lốp sau mỗi vòng đua
- Tuổi thọ lốp (tyre life): số vòng đua lốp có thể hoạt động hiệu quả
Những dữ liệu này có thể được dùng để tạo ra đường cong lốp, mô phỏng hiệu suất của lốp theo từng vòng đua, như minh họa trong ví dụ bên dưới.
Trong ví dụ này, tốc độ nền của lốp medium (đường vàng) chậm hơn lốp soft (đường đỏ) 0,7 giây - như thể hiện tại điểm A. Lốp soft có mức suy giảm hiệu suất trên mỗi vòng đua cao hơn đôi chút so với lốp medium - được minh họa bằng đường màu đỏ dốc hơn tại điểm B. Mức suy giảm này tăng mạnh sau vòng 15 tại điểm C, cho thấy tuổi thọ của lốp soft vào khoảng 15 vòng, trong khi lốp medium có tuổi thọ khoảng 25 vòng - như thể hiện tại điểm D.
Tối ưu hóa khi chạy trong không khí sạch (free air optimisation)
Sau khi các mô hình lốp đã được xác định, bước tiếp theo sẽ là tìm hiểu chiến lược nhanh nhất về mặt lý thuyết với những bộ lốp sẵn có. Để thực hiện điều này, các đội tiến hành quá trình tối ưu hóa khi chạy trong không khí sạch, họ sẽ thực hiện mô phỏng với bối cảnh chỉ có một chiếc xe trên đường đua, và giả định rằng hiệu suất xe cũng như mức tiêu thụ nhiên liệu luôn không đổi.
Việc chuẩn hóa các yếu tố như hiệu năng, tiêu hao nhiên liệu giúp các phương án chiến lược khác nhau được so sánh một cách dễ dàng hơn.
Hãy thử xét một cuộc đua dài 55 vòng, nơi lốp soft và medium là hai loại lốp được phân bổ sử dụng. Với tuổi thọ lốp đã được tính toán như ở trên, đây sẽ là cuộc đua bắt buộc theo kiểu hai lần dừng pit - tương ứng với ba lượt chạy lốp (stints). Khi đó, các đội có hai lựa chọn chính: sử dụng một bộ lốp soft và hai bộ medium, hoặc ngược lại, hai bộ soft và một bộ medium.
Để xác định phương án nào nhanh hơn, ta có thể vẽ đồ thị mức tổn thất thời gian theo mỗi vòng của từng loại lốp, so sánh với thời gian trung bình của từng lượt đua. Sau khi cộng thêm thời gian thực tế tiêu tốn trong các lần dừng pit, ta sẽ thu được biểu đồ tổng hợp như minh họa bên dưới.
Ở cả hai chiến lược, chiếc xe đều bắt đầu cuộc đua bằng bộ lốp soft có tốc độ cơ bản cao hơn. Nhờ vậy, thời gian trung bình cho mỗi vòng đua được cải thiện dần - thể hiện qua đường cong tăng lên tại điểm A.
Đến vòng 15 (điểm B), hai chiến lược cùng thực hiện lần pitstop đầu tiên và mất khoảng 22 giây do thời gian vào-ra pit.
Trong stint thứ hai, chiến lược màu xanh lá chọn tiếp tục dùng thêm một bộ lốp soft nữa, giúp chiếc xe một lần nữa chạy nhanh hơn mức thời gian trung bình mỗi vòng đua, cho đến khi thực hiện pitstop thứ hai ở vòng 30 (điểm C).
Ngược lại, chiến lược màu xanh dương chuyển sang sử dụng lốp medium. Loại lốp này có tốc độ chậm hơn nên stint này không nhanh bằng chiến lược xanh lá, nhưng bù lại có độ bền cao hơn và kéo dài tới vòng 35 (điểm D).
Bước vào stint thứ ba, cả hai chiến lược đều sử dụng lốp medium. Tuy nhiên, do chiến lược xanh dương đã chậm hơn từ trước, nó không thể bắt kịp chiến lược xanh lá trước khi cuộc đua kết thúc. Vì thế, xét tổng thể, chiến lược xanh lá là phương án nhanh nhất.
Về nguyên tắc, việc kết hợp hai bộ lốp nhanh và một bộ lốp chậm sẽ luôn tối ưu hơn so với chỉ dùng một bộ lốp nhanh và hai bộ lốp chậm. Dù vậy, đây chỉ là ví dụ đơn giản dựa trên mô hình lốp tuyến tính. Trong thực tế, độ xuống cấp của lốp thường tăng mạnh hơn ở cuối mỗi stint, khiến việc xác định chiến lược nhanh nhất trở nên phức tạp và khó đoán hơn nhiều.
Mô phỏng Monte Carlo
Đến bước này, các đội đua bắt đầu mô hình hóa ảnh hưởng của những chiếc xe khác lên chiến lược cuộc đua. Để làm điều đó một cách chính xác, cần bổ sung thêm rất nhiều tham số nhằm tạo ra bức tranh rõ ràng hơn về cách cuộc đua có thể diễn ra.
Bên cạnh các mô hình lốp có độ chính xác cao hơn, chiến lược mô phỏng của đội còn tích hợp thêm mô hình vượt xe, các chỉ số đánh giá hiệu suất của đối thủ, tác động của xe an toàn (safety car), việc tiết kiệm nhiên liệu và nhiều yếu tố khác.
Sau đó, họ sử dụng một phương pháp phân tích thống kê gọi là "Monte Carlo" để chạy thử một cuộc đua giả lập. Cách tiếp cận này giúp xác định tất cả những kết quả có thể xảy ra trong một kịch bản cụ thể, đồng thời tính toán xác suất để từng kết quả đó trở thành hiện thực.
Nhiệm vụ của các chiến lược gia chính là thay đổi các dữ liệu đầu vào, tiếp tục chạy lại những mô phỏng này để so sánh, từ đó hiểu được việc điều chỉnh tham số nào sẽ dẫn đến những kết quả khác nhau.
Randeep Singh nhấn mạnh: "Chúng tôi chạy những mô phỏng quét qua nhiều khả năng khác nhau như hành vi của lốp, mức tổn thất thời gian khi dừng pit, các phương án chiến lược cho đối thủ cũng như cho chính mình. Tất cả được thực hiện bằng một phương pháp gọi là quasi-Monte Carlo, nhằm cung cấp thêm thông tin về các chiến lược cơ sở và cách chúng có thể thay đổi."
"Những mô phỏng này được cập nhật gần như ngay lập tức mỗi khi có dữ liệu mới. Trước khi cuộc đua diễn ra, các cập nhật thường liên quan đến thay đổi thời tiết hoặc những khuyến nghị từ Pirelli. Trong suốt cuộc đua, chúng tôi liên tục tính toán độ xuống cấp lốp theo thời gian thực, mức độ khó khăn khi vượt xe và tốc độ tương đối của xe mình so với các đối thủ."
"Chúng tôi cũng xem xét dữ liệu hao mòn thực tế của từng bộ lốp sau khi đã được sử dụng, cùng những thay đổi của điều kiện môi trường như nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường," ông nói thêm.
Tuy nhiên, quá trình mô phỏng có tốt đến đâu thì cũng chỉ là mô phỏng, nó phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác của các mô hình tính toán. Và chắc chắn, kết quả sẽ khác ít nhiều so với thực tế. Hơn nữa, các mô phỏng này chỉ đưa ra xác suất của những kịch bản có thể xảy ra, chứ không phải là kết quả chắc chắn.
Chính vì vậy, mô phỏng chiến lược chỉ là một phần trong quá trình ra quyết định. Phần còn lại phụ thuộc rất lớn vào trực giác và kinh nghiệm của bộ phận chiến lược, cũng như cách các tay đua và đội pitcrew thực thi chiến lược trên đường đua.
