들어가며
F1의 모든 팀들은 드라이버들의 랩 타임을 개선시킴과 동시에 차량의 셋업을 최적화하기 위해 '텔레메트리(Telemetry)'를 아주 열정적으로 활용한다.
약 20년 전 마이클 슈마허(Michael Schumacher)는 자신의 랩타임과 차량의 셋업을 정확하게 최적화하기 위해 밤새 수 십 장에서 수 백 장이 넘는 차량의 데이터와 텔레메트리를 연구했다고 잘 알려져 있다. 역시나 전설답다...!
현대 F1에서는 이러한 마이클 슈마허의 텔레메트리 분석이 꽤 일반적이게 되었다. 다시 말해, 대부분의 드라이버가 팀 엔지니어들과 함께 텔레메트리를 들여다본다. 하지만 아마 드라이버마다 그 정도는 다르지 않을까 싶다.
아마 텔레메트리가 무엇인지 아는 사람도 있겠지만, 이렇게 생각하는 사람들도 있을 것이다.
대체 텔레메트리가 뭔데?
이번 포스팅에서는 F1 세계에서의 텔레메트리(Telemetry)가 무엇인지, 텔레메트리를 팀들이 어떻게 활용하고 있는지 알아보고자 한다.
늘상 그렇듯 출발해보도록 하자. 레쮸-고!
Good Lap vs. Great Lap
F1 공식 채널의 'Good Lap vs Great Lap' 컨텐츠는 F1 공식 채널 구독자라면 누구나 알고 있을 것이다. 이 Good Lap vs Great Lap 컨텐츠는 매 Race Weekend마다 영상이 올라온다.
해당 영상을 보면 스로틀(thorottle) 페달과 브레이크(brake) 페달 그래프를 보고 두 드라이버의 랩을 분석한다. 맨 처음 보면 굉장히 당황스럽다. 생전 처음 보는 형태의 그래프이기 때문에 그래프를 그때그때 해석하는 것이 읽기 힘들기 때문이다. 무엇을 의미하는지도 모르겠고..
놀랍게도 위 영상에서 하는 행위가 바로 F1에서 텔레메트리를 활용하여 랩 타임을 비교 분석하는 것의 예이다.
텔레메트리(telemetry)란?
텔레메트리(Telemetry)의 사전적 의미는 원격 측정이다. 'Tele-'가 원격을 의미하고, 'Metry'가 측정을 의미한다. 그래서 우리말로 하면 '원격 측정' 정도가 되는 것 같다. F1에서만 사용되는 용어는 아니고 다른 분야에서도 사용되는 용어이다.
F1에서 말하는 텔레메트리는 본질적으로 랩을 돌 때마다 차량으로부터 발생하는 데이터 트레이스(Data Trace)다.
F1 차량에는 140여 개의 센서가 있다. 매 랩마다 약 10MB 정도의 데이터가 수집되고, 팀마다 두 드라이버가 있으므로 20~30MB 정도가 매 랩마다 수집된다. 매 Race Weekend마다 수집된 데이터와 그로부터 계산된 데이터까지 합치면 매주 약 30GB 정도의 데이터가 쌓인다. 이 데이터 트레이스가 바로 텔레메트리이다.
높은 용량에 익숙해진 우리는 '에이 30GB 밖에 안 모인다고?'라고 생각할 수 있다. 그러나 이렇게 생각하면 큰 오산. 이미지라든지 동영상이라든지 하는 큰 데이터가 모이는 것이 아니라, 그냥 트랙 위 위치에서의 속도라든지 랩타임이라든지 하는 숫자 데이터가 모인다. 숫자 데이터가 30GB만큼 모인다는 의미다.
30GB짜리 텍스트 파일? 사람마다 느끼는 정도에 따라 다르겠지만, 숫자로만 가득 차 있는 데이터라고 생각하면 어마어마하게 크다.
이러한 데이터로부터 가공된 텔레메트리를 처음 보면, 마치 우리가 수학 시간에 이차함수 내지 삼차 함수 그래프를 처음 접했을 때 그랬듯, 굉장히 어려워 보이고 복잡해 보인다. 그렇기 때문에 텔레메트리가 어떤 데이터를 나타내는지 파악하기가 꽤나 어렵다.
실제로 텔레메트리를 분석하는 전문가가 있을 정도로 데이터를 수집, 분석하는 것이 복잡하다. 또한 이러한 분석을 통해 미래를 예측하고 선수들과 팀이 어떻게 방향성을 잡는 것은 어렵다.
텔레메트리라는 것이 깊게 들어갈수록 굉장히 복잡하고 어려운 개념이지만, 이번 포스팅에서는 텔레메트리가 무엇이며, 종류는 어떤 것이 있고, 거기서부터 우리가 알 수 있는 정보들이 무엇인지 간단하게 알아보려 한다.
텔레메트리의 종류
일단 먼저 가장 기본적으로 우리가 흔히 접할 수 있는 텔레메트리부터 보자. 여기저기 검색해 본 결과, 위 그래프가 가장 일반적인 형태의 F1 텔레메트리이다. 웹 상에 엄청나게 많은 텔레메트리 데이터가 있는데, 그중 가이드라인 정도가 될 수 있는 데이터를 꼽았다.
위 텔레메트리는 벨기에의 스파-프랑코샹(Spa-Francochamps)서킷의 텔레메트리다. 색이 다른 총 6개의 그래프를 볼 수 있으며, 각 색깔 별 의미하는 데이터는 아래와 같다.
| 색 | 데이터 |
| 빨간색 | 엔진 RPM |
| 파란색 | 속도 (KPH) |
| 초록색 | 횡방향 가속 (Lateral Acceleration) |
| 분홍색 | 기어 단수 |
| 노란색 | 스로틀 페달 |
| 갈색 | 브레이크 페달 |
그래프에서 가장 중요한 것은 무엇일까? 그렇다. 'X축과 Y축이 무엇을 나타내는지'다.
위 색깔 별 그래프의 가로(X) 축은 트랙의 길이다. 0m부터 시작해서 스파-프랑코샹 서킷의 총길이인 7004m까지가 X축의 범위이다. X축에는 섹터나 코너 번호 등을 표시해서 그래프를 더 쉽게 알아보게끔 할 수 있다.
텔레메트리 그래프의 세로(Y) 축은 여러 가지가 될 수 있다. 색깔이 바로 그것인데, 속도, RPM, 횡방향 가속, 기어, 스로틀 페달 압력, 브레이크 페달 압력이 될 수 있다. 이외에 스티어링 휠 각도, 서스펜션 댐퍼 압력, 휠 회전 속도 등도 텔레메트리 그래프로 표현할 수 있다.
각각의 그래프마다 값의 범위와 단위 등 스케일이 다르다. 이를 통해 각 텔레메트리 그래프가 어떤 값을 갖는지 파악할 수 있다.
눈치챘을 수도 있지만, 텔레메트리는 특별한 것은 아니고 그냥 '원격으로 수집하는 어떠한 데이터'도 텔레메트리가 될 수 있다고 생각하면 된다.
예시로 배워보는 텔레메트리
스파-프랑코샹 서킷에서 가장 유명한 오 루즈(Eau Rouge) 구간에 대한 텔레메트리를 한번 살펴보자.
<턴 1 라 소스(La Source) → 턴 2, 3 오 루즈(Eau Rouge) → 턴 4 라디옹(Raidillon) → 케멜(Kemmel) 스트레이트>까지 이어지는 구간에 대해 살펴보자.
F1 게임에서 스파-프랑코샹을 드라이빙해 본 경험이 있는 사람은 이미 알고 있듯, 턴 1 라 소스 이후 케멜 스트레이트까지 풀 스로틀(Full Throttle) 구간이다. 케멜 스트레이트가 끝난 후 턴 5 레 꽁브(Les Combes)에서 큰 브레이킹 존을 맞이한다.
그럼 하나씩 살펴보자. (그래프가 튀어나와도! 복잡해 보여도! 겁먹지 말자!)
텔레메트리 #1 : 속도
속도 그래프를 보자. 점점 속도 그래프가 오른쪽 위로 올라가는 것이 당연히 차량이 가속하고 있다는 것을 의미한다. 이 그래프 라인이 더 가파르다면 더 세게 가속하고 있다는 것을 의미한다.
턴 1을 빠져나오면서 스로틀 페달을 밟아 차량을 가속한다. 이는 스로틀 페달 텔레메트리(노란색)에서 스로틀 페달 량이 최대인 것에서 알 수 있다. 초반에는 차량이 굉장히 빠르게 가속하며, 점차 그 가속하는 양이 줄어든다. 그래프의 기울기가 점점 평탄해지는 것을 알 수 있다.
텔레메트리 #2 : 기어
기어 그래프를 보자. 턴 1 라 소스에서 빠져나오는 기어는 1단이다. 가속 구간 동안 2단부터 8단까지 차례로 기어를 높이고 있다. 기어를 높일 때마다 RPM 텔레메트리를 보면, RPM이 변속에 의해 요동치고 흔들리는 것을 볼 수 있다.
텔레메트리 #3 : 스로틀 & 브레이크
다음으로 스로틀 및 브레이크 페달 그래프를 보자.
이후 오 루즈(Eau Rouge)부터 르 꽁브(Les Combes)까지 풀 가속 후 큰 브레이킹 존에 진입한다.
턴 5를 만나기 직전 차량의 속도는 급격하게 줄어든다. 이때 드라이버의 발은 뭘 하고 있는지 보려면 브레이크 텔레메트리를 보면 된다. 이 경우 스로틀 페달에서 발을 재빠르게 떼고, 거의 동시에 브레이크 페달을 세게 밟는다. 드라이버가 페달에서 발을 떼고 있는 동안, 드라이버는 기어를 낮추고, 스로틀 페달을 다시 밟고 코너에서 가속할 준비가 될 때까지 기어를 다시 올리지는 않는다.
기본적으로 스로틀 페달과 브레이크 페달은 오버랩(Overlap)되지 않고, 이 때문에 코스팅(Coasting, 탄력 주행)하는 부분은 이론적으로 없다.
텔레메트리 #4 : 횡 방향 가속
횡방향 가속은 말 그대로 코너링 시 횡방향으로 가해지는 힘을 의미한다. 흔히 '횡G'라고 표현하는 것이 바로 횡방향 가속도이다.
단위는 중력 가속도인 'G'로 나타내며 양의 값은 우측으로 발생하는 횡방향 가속도, 음의 값은 좌측으로 발생하는 횡방향 가속도를 나타낸다.
턴 1은 급격히 우측으로 코너링하는 구간이기 때문에, 횡방향 가속이 그래프와 같이 음의 값으로 형성됨을 알 수 있다. 유명한 오 루즈를 오르는 구간에는 횡방향 가속이 양 옆으로 왔다 갔다 형성되는 것을 볼 수 있다.
텔레메트리 #5 : 스티어링 휠 각도
다음으로는 스티어링 휠 각도다.
스티어링 각도를 나타내는 그래프의 가로축은 각도가 0˚인 0축(zero axis)이다. 스티어링이 완벽하게 일직선으로 되어있는 경우다.
만약 앞바퀴가 중심에서 오른쪽으로 되어있다면, 그래프는 센터 라인 위쪽으로 상승하고, 반대로 왼쪽으로 향한다면 그래프가 센터라인 아래로 그려지게 된다. 다른 말로 스티어링 그래프가 위로 상승한다면 차량은 오른쪽으로 돌고 있는 것이고, 아래로 떨어지고 있다면 차량이 왼쪽으로 돌고 있다는 의미다.
스티어링 휠 각도 그래프를 통해 코너의 에이펙스 지점을 확인할 수 있고, 특정 코너에서 스티어링 휠을 얼마나 많이 돌리고 있는지 등을 확인할 수 있다.
텔레메트리 #6 : 무궁무진!
앞서 말한 대로 텔레메트리는 갖다 붙이기 나름이다. 수집한 어떠한 데이터도 텔레메트리로 활용할 수 있다.
가령 서스펜션 하중 (Suspension Load), 타이어 회전 속도 (Wheel Speed), 타이어의 온도 (Tyre Temperature), 브레이크 디스크 온도 (Brake Disc Temperature), MGU-K 배터리 충전량 등이 텔레메트리가 될 수 있다.
텔레메트리 활용하기
자 이제 우리는 각 그래프의 모양을 통해 차가 어떻게 움직이고 있는지를 알게 되었다. 그럼 이런 게 어떻게 활용될 수 있을까?
활용 #1 - 남과 비교하기
가장 먼저 생각할 수 있는 것은 다른 드라이버와 비교하는 것이다. (잔인해...) 물론 단순히 잘잘못을 따지기 위해 비교하는 것이 아니라, 랩타임 개선을 위해서 하는 비교다. (아닐 수도... 그냥 쿠사리 주려는 걸 수도...)
특정 드라이버의 그래프를 베이스라인으로 해서 다른 드라이버의 그래프와 비교하는 것이다. 팀메이트와의 비교가 그 예가 될 수 있다.
다른 텔레메트리 예시를 보자. 텔레메트리 그래프에 '팀메이트와의 랩타임 차이'라는 새로운 그래프를 그려보자.
중앙을 지나는 선(진한 검은색 선)이 팀메이트의 랩 타임의 베이스라인이고, 점선이 팀메이트와 나의 랩타임 차이(Lap Time Delta, △)이다. 그래프의 우측에 +0.4부터 -0.7까지 Y축이 있음을 알 수 있다.
중앙선 위쪽으로 그래프가 형성된다면 내가 팀메이트보다 느린 것이고(SLOWER), 그래프가 위쪽으로 형성된다면 내가 팀메이트보다 빠르다는 것이다(FASTER). 출발에서부터 시작해서 마지막 결승선에 들어갈 때 팀메이트와 0.6초 차이가 난다.
팀메이트보다 빠른 것은 좋다. 하지만 조금 더 볼 부분이 있다. 무엇이 있을까?
바로 점선의 기울기다. 점선 그래프가 오른쪽 아래로 향하는 것은 당연히 좋은 징조이지만, 오른쪽 위로 기울기가 형성되는 부분은 좋지 않은 징조다. 기울기가 올라가는 부분에서 팀메이트에 비해 랩타임을 잃고 있다는 의미이기 때문이다. 그렇기 때문에 이러한 부분을 살펴보는 것은 굉장히 중요하다. 발전할 포인트를 찾을 수 있는 것이기 때문이다.
랩타임이 느린 이유의 예시로는 다음과 같은 이유들이 있다.
첫째로 얼리 브레이킹(Early Braking)이다. 팀메이트에 비해 브레이킹을 일찍 밟고 있을 수 있다. 이는 속도 그래프와 브레이킹 페달 그래프를 보면 확인할 수 있다.
둘째로 코스팅(Coasting) 구간이다. 스로틀 페달에서 발을 뗀 후 바로 브레이크 페달을 밟지 않고 탄력 주행하는 구간이 있을 수 있다. 즉각적으로 반응하지 못하면 느려지기 십상이다.
셋째로 스티어링 보정 작업 유무이다. 스티어링 그래프를 보면 스티어링에 보정작업이 있었는지를 확인할 수도 있다. 스로틀 페달을 너무 세게 일찍 밟은 경우 차량의 오버스티어를 유발할 수 있다. 이 때문에 차량을 바로잡기 위해 보정 작업이 들어가는 경우 코너를 느린 속도로 빠져나올 수도 있다.
넷째로 기어 변속(Gear Shfting)이다. 너무 일찍 변속하고 있지는 않은지, 너무 늦게 변속하지는 않았는지가 중요하다.
위와 같은 사항들에 대한 분석과 팀메이트와 비교를 통해 속도 그래프의 개선과 랩타임 차이에 어떤 영향을 미치는지를 확인할 수 있다. 이는 랩타임 개선에 큰 도움을 줄 수 있다.
활용 #2 - 차량 문제 확인
랩타임 개선과 더불어 차량에 문제가 있는지 확인하기 위해 텔레메트리를 활용할 수 있다.
타이어 회전 속도를 활용하는 예를 보자.
드라이버가 기어를 올릴 때 (Upshifting) 뒷바퀴에 살짝 휠 스핀이 발생한다. 딱히 걱정할 부분은 아니지만 저속 코너를 빠져나올 때 좋은 트랙션을 갖고 빠져나오기 위해서는 너무 많은 휠 스핀이 발생해서는 안 된다.
만약 앞바퀴에 락 업(Lock Up)이 걸린다면 그래프에 평평한 부분이 생길 것이다.
만약 차량이 오른쪽 코너를 도는 경우 오른쪽 앞바퀴가 들릴 수 있는데, 이 경우 트랙의 노면과 맞닿아 있는 반대편 프론트 휠에 비해 휠 회전 속도가 느릴 것이다. 이는 롤링하는 경우에 해당된다. 이 롤링을 억제하기 위해 서스펜션에 손을 볼 수 있다.
이렇게 타이어 회전 속도 텔레메트리를 활용하여 차량의 문제를 파악하고 사전에 사고를 예방할 수 있다.
활용 #3 - 차량 셋업
텔레메트리를 차량 셋업에 활용할 수도 있다.
서스펜션 텔레메트리를 활용하는 예시를 살펴보자.
각 바퀴의 댐퍼에 대한 데이터 트레이싱을 하는 것이다. 댐퍼에 얼마나 많은 하중이 실리는 지를 트레이싱한다. 중앙의 0축(zero axis)이 차량이 지면에 정지해 있을 때 댐퍼에 가해지는 하중 즉, 댐퍼 로드(Damper Load)를 나타낸다.
만약 차량이 가속하는 경우, 뒷바퀴 쪽 댐퍼에는 많은 하중이 실리고, 앞바퀴에는 살짝 뜨게 될 것이다. 차량이 제동하는 경우는 반대로 뒷바퀴에 하중이 실릴 것이다.
차량이 롤링(rolling)하는 경우 좌측으로 코너링 시, 오른쪽 서스펜션 댐퍼에 하중이 많이 실릴 것이다.
이러한 서스펜션 데이터 또한 차량의 속도나 랩타임 델타를 비교하는 것을 통해 서스펜션 셋업에 이용할 수도 있다.
마치며
이 동영상은 텔레메트리가 실시간으로 어떻게 수집되는지 보여준다. 이렇게 실시간으로 텔레메트리가 모이는구나~ 하게 되는 영상이니 가볍게 보면 좋을 것 같다.
실제 F1 텔레메트리는 위와 같이 수집된다고 한다. 이 포스팅의 내용을 제대로 이해했다면 위 그래프를 이해하는 것은 식은 죽 먹기가 아닐까 싶다. (그렇죠...?)
이러한 텔레메트리를 통해 차량의 최적의 성능을 뽑아내야 한다. 아마도 방대한 데이터가 있을 터인데, 이러한 방대한 데이터를 어떻게 해석하고 어떻게 차량의 셋업에 적용하는지 또한 각 팀의 능력이 아닐까 싶다.
그래프 그림도 많고 내용도 많아, 포스팅의 길이가 다소 길어졌다. 두 개로 나눌까 하다가 애매해서 그냥 하나의 포스팅으로 엮었다.
다음 포스팅은 하이브리드 유닛(Hybrid Unit)에 대해 다루어 볼 예정이다.