僕がF1エンジニアになってから【技術力とは積み重ね】

[前回のブログ]
[重要なお知らせ(Important notification)]

はじめに

前回のブログから更新ができておらず、すみませんでした(汗)。単に忙しかった…という言い訳もあるのですが、自分を取り巻く状況が目まぐるしく変化したため、ブログをゆっくりと推敲しながら書いている余裕が全くありませんでした。幸いなことに、現在はその目まぐるしい状況からようやく落ち着くことができました。

さて、今後については順調に行けば数週間以内にお知らせできるかなと思うので、もう少しお待ち頂ければと思います。すでに次の所属先とは契約を交わしており、諸般の事情がクリアとなり次第、SNSを通じて皆さんにご報告させて頂く予定ですので、もうしばらくお待ち頂ければと思います。

Sergio Perez@Monaco(引用元:SAHARA Force India F1 Team Official website)

それでは気を取り直して前回のブログの続きを書こうと思います！フォースインディアF1チーム、レーシングポイントF1チームでどのような仕事に取り組んでいたのか？もう少し掘り下げて解説してみたいと思います。

トリックサスペンションの技術を引き継いだリヤサスペンション

2021年までのF1マシンのリアサスペンションには、油圧・空気圧によって減衰力と保持力を発生させるシステムが導入されていました。量産車でよく見るコイルスプリング+ダンパーの組み合わせとは全く異なるシステムであり、一定の状況下で車体姿勢制御を可能とするシステムです。

このシステムはチーム毎にその構成やレイアウトは異なり、かつマシンの外側から一切見えないためF1ファンの皆さんからすれば謎のシステム。しかし幸運なことにRed BullのRB16Bではその構成部品がコックピット内に配置されていたため、その一部を垣間見ることができます。 次の写真はBさん(@brownsugar_t)のブログ(b's mono-log)より引用させて頂きました。本ブログへの写真の引用に関してご快諾頂き本当にありがとうございます！


このシステムの狙いは、サスペンションのストロークに応じて保持力を変化させることで車体姿勢を最適化することにあります。熱心なF1ファンであればRed Bullのハイレーキ角コンセプト(フロント車高→低、リヤ車高→高)をご存じかと思います。このセットアップはフロントウィングがより効果的に働くため、機敏なターンインを実現します。

一方でこの車体姿勢はリヤウィングの迎角が大きくなるために空気抵抗が上がり、最高速が伸びなくなるという欠点があります。ならば『ストレート中盤で車高が下がるようにできないか？』というアイデアから生まれたのが、このシステムです。僕の知り得る限りでは全てのF1チームがこの技術を採用していたと認識しています。

どういったシステム特性なのか？

油圧・空気圧システム回路図の詳細は秘匿事項なので、今回のブログではこのシステムの静的な特性を紹介します。次のグラフはサスペンションストロークに応じてシステムがどのように静的な力を発生しているのかを示しています。

バネ力はエアスプリングのためプログレッシブに変化します。そしてストロークがある一定値にまで達するとシステムがそれを検知してブローオフし、バネ力の勾配が一気に減少するのです。なお、ここで静的な特性としたのは減衰力を無視するためです。減衰力の調整機構も備わっており、油圧システム内には減衰力をブローオフさせることも可能です。

ここでは理論上の特性について説明しましたが、実際にそれを狙い通りに実現することは非常に難しいです。今回のブログではその難しさについても解説します。

システムモデル開発の難しさ

僕の主担当業務は、この油圧・空気圧システムのシミュレーションモデル開発と性能予測でした。この仕事の本質的な部分は、機械工学科で学ぶ基礎、つまり機械力学・材料力学・流体力学・熱力学で構成されています。エンジニアとして仕事をするようになればすぐに理解できると思うのですが、これらの学問は応用工学という点で見れば密接な繋がりがあり、F1での仕事を通じてその奥深さを痛感しました(笑)。

ではこのようなシステムモデル開発においてどういったことが難しいのか？それを列挙してみたいと思います。モデルベース開発に従事した経験のあるエンジニアなら誰しもがその扱いに頭を悩ませたであろうことは想像に難くありませんね(笑)。

• 機械的特性
• 機械部品摩擦によるヒステリシス
• 摩擦による不連続性に関するシミュレーション上での対処
• レイアウト変更による油圧部分のイナータンス変化
• 熱によるオイル特性の変化
• 体積弾性係数
• 動粘性係数
• 放熱によるエアスプリング特性の変化
• 急激な断熱圧縮からの熱伝達
• 雰囲気温度の上昇による定常状態の遷移

ここに挙げた様々な特性変化を静的かつ動的の両面で再現していくことがとても重要になります。なぜならば予測精度が低ければ、車体姿勢予測やタイヤの接地圧予測に大きな影響を与えることになるからです。車高1mmの違いは誤差ではありません。完全にアウト、そんな世界なのです。

そして予測精度向上のためには、各部品の特性同定試験を一つ一つ積み上げて行くしかありません。特にフォースインディアF1時代は工数も予算も限られていたので(オフィスの照明は間引きされておりちょっと暗かった思い出が脳裏に蘇ります…)、特性同定試験を一人で計画し、自分で実験をやっていました。今振り返ってみれば、これまでのF1エンジニアの生活の中で一番充実していた頃かも知れませんね。

まとめ

今回のブログでは、2021年まで使用されていたF1のリヤサスペンションシステムの簡単な紹介と、システムモデル開発の難しさについて解説しました。

レースで勝つためには、各個人の積み重ねだけでなく、チーム内での技術資産の積み重ねも大事と僕は考えています。これまでを振り返ってみると、僕が最終的にどんな場所でその積み重ねを続けていくことになるのか全く分かりませんが、これまでの経験上、想像もしない未来になることだけは間違いなさそうです(笑)。

次回のブログでは、F1での車両運動性能開発の概要を紹介したいと思います。次回更新もどうぞお楽しみに！

僕がF1エンジニアになってから【後方グリッドからのスタート】

[重要なお知らせ(Important notification)]

F1エンジニアとしての始まり

2016年12月14日。僕はシルバーストーンにあるフォースインディアF1チームの門をくぐりました。過去ブログで紹介した通り、そこに至るまでは長く難しい道程でしたが、ずっと目指してきたF1エンジニアとしてようやくスタート地点に辿り着くことが出来ました。

正直、意気揚々とF1チームでのキャリアをスタートした訳では決してなく、自信ゼロでのスタートでした。また、39歳という年齢で掴んだ遅咲きのチャンスでしたし、同年代はすでに僕よりも上の役職ですでにマネジメントサイドで活躍しているだけに、今後のキャリアを考えると決してのんびりとはしていられません。

Sergio Perez@Monaco(引用元:SAHARA Force India F1 Team Official website)

もちろん、高精度システムシミュレーションモデル開発の経験という強みがあったからこそ獲得したオファーでしたが、まずは最新のF1マシンの技術に精通すること。そのことにも注力しながらも、いかにして自分のキャリアを伸ばしていけるか？そんな”勝負”が始まりました。

Vehicle Science Engineerとその仕事

この役職名はF1業界ではちょっと珍しい役職名かも知れませんね。Vehicle Dynamics Engineerとすることが一般的なのですが、そこをあえてDynamicsという言葉ではなくScienceとする点はフォースインディアF1チームらしさを感じた部分でもありました。というのも、かつては400名ちょっとの小規模F1チームだったので、トップチームと違い仕事の守備範囲が広かったのです。そういった背景もあったためなのか、車両運動だけの仕事に従事するのではなく『細かいこと言わずに幅広くF1をサイエンスとして楽しもうぜ！』といった感じの心意気があったのかも？…知れません(笑)。

そしてこのVehicle Science Engineerが、僕が契約したポジションでした。担当業務はリアサスペンションのシステムモデリング、そしてそのモデルを使ったリアサスペンションの減衰特性の数値化とラップタイムシミュレーションモデル用の減衰特性データの導入です。そして、この業務に加えて金曜日のFP1とFP2のファクトリーでのレースサポートを担当しました。ちなみにその役職名はチーム名変更の影響を受けてVehicle Performance Engineerとなり、最終的にVehicle Dynamics Engineerに落ち着くなど、シルバーストーンのチームらしい変遷を辿っていくことになります。

メインの業務となるシステムモデリングについては、前職のSiemens Industry Softwareでダンパーや油圧パワーステアリングシステムでのモデリング経験があったので、すぐにモデル開発の仕事に取り組むことが出来ましたが、レースサポート業務についてはいわゆる未経験、しかも英語のリスニングには特に苦手意識があったので(それは今もですが…汗)、担当し始めた頃は本当に緊張しました。

まとめ

このようにキャリア的には圧倒的ビハインドの状況から新たなスタートを切りました(正直なところ、そのビハインドは今でも背負い続けています)。しかし、これもまた自分の人生の選択ですよね。泣き言は言っていられません！自信を得るには、まずは経験を得ること、そして結果を出すしかありませんよね。

次回のブログでは、今回紹介した仕事をもう少し詳しく紹介します。秘匿義務の関係上、全てを紹介することはできませんが、一般論に落とし込んだ上で出来る限り分かりやすく解説しようと思います。次回のブログ更新をどうぞお楽しみに。

[つづきはコチラ]

F1なるほど基礎知識【F1とヘルメットの歴史②】

[前回のブログ]
[重要なお知らせ(Important notification)]

さらなる安全性の追求へ。

1994年、モータースポーツ界を大きく揺るがす事件がサンマリノGPで起きてしまいました。アイルトン・セナとローランド・ラッツェンバーガーの事故死です。二人の尊い命が一つのグランプリウィークで失われたことは、大きな驚きと悲しみをモータースポーツ界にもたらしました。そして、さらなる安全性向上が必要であることを改めて痛感させたのです。

熱田護氏GP500ギャラリーにて撮影 特にアイルトン・セナの事故死はヘルメットの安全性に関わる課題を洗い出しました。強大な前後Gと横Gにさらされるドライバーにとって、ヘルメットの軽量化は大きなベネフィットをもたらしますが、安全性はそれ以上に重要です。今回のブログではヘルメットの安全性向上の歴史について解説します。

カーボンファイバー素材の登場

1994年のアイルトン・セナの事故死から10年後、F1におけるヘルメットの安全性規格(FIA8860-2004)が改訂され、これに適合するためにカーボンコンポジット製のヘルメットが登場します。日本のヘルメットメーカーのアライは『GP-5 RC』を発表し、多くのF1ドライバーがGP-5 RCを選びました。

現在のF1では、車体部品の多くがカーボンコンポジット製であることが当たり前になってきました。軽量化と高い剛性を誇る素材なのでヘルメットの素材としても最適と思えますが、ヘルメットに求められる特有の安全要件ゆえ、その適用については大きな技術的なハードルがあったようです。特に耐衝撃性試験においては、必ずしもカーボンコンポジットが優れていなかったようです。1994年から10年後の2004年に規格が改訂されたのも、こういった技術的課題を解決するために時間を要したであろうことは想像に難くありません。


各ヘルメットメーカーの開発努力の結果、カーボンコンポジット製ヘルメットは安全性の向上と軽量化を同時に果たしたものの、1日1個という生産性の低さから、当時は市場での販売はされていませんでした。その後、各メーカーはこの低生産性の課題をクリアし、今日では2輪用から4輪用からまで幅広いラインナップが揃うようになりました。

難燃性素材を用いた内装

モータースポーツはクラッシュによる火災のリスクが伴うスポーツです。記憶に新しい事故事例として、2020年のバーレーンGPでのロマン・グロージャン選手のクラッシュがあります。衝撃的なクラッシュからの奇跡的な生還を果たした彼ですが、その背後には難燃性素材の存在があります。

引用元 : Bellヘルメット公式サイト F1を始めとした4輪モータースポーツでは、レーシングスーツやアンダーウェアにはノーメックスと呼ばれる難燃性の生地が使われています。もちろん4輪用ヘルメットの内装にも使われており、この難燃性素材をまとうことで素肌の直接的な火傷を防いでくれます。ノーメックスはデュポン社によって1960年代に開発され、モータースポーツだけでなく消防士や空軍パイロットの防護服など多くの産業で活用されています。また、最近はヘルメット内装にカラーバリエーションが用意されるなど、安全性向上だけでなく商品性向上の取り組みも見られるようになりました。

バイザーロック機構の登場

クラッシュ時、ドライバーは大きな衝撃を受けることになります。先述したロマン・グロージャンの事故では、最大67Ｇ(重力の67倍)もの衝撃だったそうです。このような悲惨な事故でもヘルメットはドライバーの頭部をしっかり守らなくてはなりませんが、ヘルメットの開口部から見える顔も保護しなくてはなりません。

このような大きな衝撃を受けた際にヘルメットのバイザーが期せずして開いてしまったらどうなるでしょうか？ドライバーの目と鼻が炎にさらされるだけでなく、破損した部品による受傷のリスクも十分に考えられます。そこで登場したのが、バイザーロック機構です。これまでもロック機構はあったものの、新しく登場したロック機構はバイザーを開く前にワンアクション必要となる構造となっています。


各メーカー毎にその機構は異なりますが、アライの場合は『ロック機構のレバーを引く⇒バイザーを上げる』となっています。アメリカのBELL社製ヘルメットでは、強固なロックと軽量性を兼ね備えたシンプルな機構となっており、各社のバイザーロック機構の考え方に違いがあり、とても興味深いです。

おわりに

最後に僕から読者の皆さんへのお願いを書いて今回のブログを締めたいと思います。大切な命を守るヘルメットには使用期限があるのをご存じでしょうか？ヘルメットに使われている衝撃吸収材は経年劣化により硬化してしまいます。このため、使用期限を過ぎてしまうと本来の安全性能を担保することが出来ません。

外装に傷がなく、購入して以来一度も衝撃に晒されたことがなくキレイに使用していたとしても、ヘルメットの性能劣化を防ぐことは出来ません。オリジナルペイントを施したヘルメットなどには愛着があるかも知れませんが、定期的な買い替えを強くオススメします。

今回のブログでは素材と機構の観点からヘルメットの安全性について解説しました。1994年の頃に比べ、現在のヘルメットは大きな進化を遂げました。しかし、安全性の追求に終わりはありません。今後もヘルメットメーカーの継続的な改良・改善から目が離せませんね。

[おわり]