F.1 analisi tecnica di Giorgio Piola
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GP del Canada: ecco come in F1 risolvono la sfida della frenata

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GP del Canada: ecco come in F1 risolvono la sfida della frenata
Giorgio Piola
Di: Giorgio Piola , Technical Editor
Co-autore: Edd Straw
Tradotto da: Franco Nugnes
04 giu 2018, 13:36

Insieme a Singapore quello di Montreal è il circuito più impegnativo per quanto riguarda l'impianto frenante. Andiamo a scoprire quale è stata l'evoluzione degli impianti negli ultimi 20 anni e quali sono le soluzioni adatte al circuito di Notre Dame.

Quello di Montreal, dove nel weekend si disputerà il Gran Premio del Canada, è il circuito più impegnativo del calendario di Formula 1 per i freni, insieme a quello di Singapore.

Con quattro punti di staccata definiti severi da Brembo – alle Curve 6, 8, 10 e 13 e altri tre frenate - due medie e una lieve – quella dedicata a Gilles Villeneuve è una pista nella quale si impegna un quarto del tempo sul giro nel rallentamento delle monoposto.

Sebbene meccanicamente il funzionamento dei freni di F1 rimanga sostanzialmente lo stesso, in realtà i sistemi si sono evoluti significativamente negli ultimi 20 anni per affrontare la sfida di un circuito come Montreal. E, allora, siamo andati a ripercorrere alcune fasi dell’evoluzione tecnologica e normativa in questo campo.

Front brake disc width (28mm)
Dischi dei freni con larghezza di 28mm a partire dal 1998
Photo by: Giorgio Piola

Nel 1998, la FIA ha introdotto delle regole che limitavano l'impianto frenante: le pinze potevano disporre di un massimo di sei pistoncini e non più di due pastiglie, mentre il diametro massimo del disco del freno in carbonio era stato fissato a 278 mm e lo spessore massimo a 28 mm.

Con l’adozione di gomme larghe e di monoposto ad alto carico aerodinamico che nel 2017 hanno permesso un significativo aumento delle prestazioni delle vetture, lo spessore del disco è stato portato a 32 mm.

Grandi progressi sono stati fatti nello sviluppo dei materiali nei dischi in carbonio: la Brembo, che fornisce la Ferrari fra i top team, nel 2013 ha introdotto una nuova soluzione chiamata CER che ha sostituito la precedente CCR grazie alla quale l’usura massima è calata da 4-5 mm, ad appena 1 mm anche sui tracciati più selettivi per i freni.

Brembo brake discs evolution 2005-2015
L'evoluzione dei dischi Brembo dal 2005 al 2015

Photo by: Giorgio Piola

Anche la ventilazione dell’impianto frenante è migliorata, grazie alla qualità del flusso di raffreddamento con l’aumento del numero dei fori nel corso degli anni: si è passati negli anni da un disco da 100 fori a quello da 1.200 per il disco da 28mm che sono arrivati a 1.400 per i dischi dallo spessore di 32 mm.

Brake pedal assembly and brake disc and caliper arrangement
Il sistema frenante anteriore con pedale, pompe, caliper e disco

Photo by: Giorgio Piola

Con l'introduzione dell’Energy Recovery Systems nel 2014, la F1 ha dovuto adottare il brake-by-wire all’impianto dei freni posteriori, per permettere ai piloti di gestire le staccate, che variavano se il sistema stava recuperando energia cinetica oppure no.

Con il brake-by-wire a controllo elettronico i piloti hanno la possibilità di trovare l’ideale bilanciamento in staccata fra il tradizionale impianto frenante e la decelerazione determinata dall’azione dell’MGU-K in fase di ricarica.

Brake by wire system
Ecco lo schema del brake-by-wire

Photo by: Giorgio Piola

Questo schema della Brembo ci spiega come funziona il sistema “brake-by-wire”. La base di partenza è sempre l’impianto tradizionale e cioè con il pedale del freno (1) che comanda i due assi che sono gestiti da due pompe distinte (2 anteriore, 3 posteriore). Il pilota può sempre regolare la ripartizione della frenata dall’abitacolo fra anteriore e posteriore.

L’impianto anteriore funziona come in passato: la pompa manda in pressione il liquido che agisce tramite i pistoncini (6 all’avantreno) sulle pastiglie e quindi sui dischi e rallenta la monoposto. I freni posteriore sono gestiti elettronicamente quindi lo schema comprende un… simulatore (“compliance chamber” realizzato dalla Brembo per le proprie squadre) (6) che garantisce un feeling al pilota bilanciando la frenata meccanica con la decelerazione garantita dalla MGU-K. Il tutto è gestito da una centralina elettronica (7) che rallenta il motogeneratore (7) e mediante un attuatore (8) manda pressione nel circuito freni posteriore (9).

La frenata, quindi, è l’effetto combinato della pressione del fluido che agisce nel circuito dei freni tradizionale e della decelerazione attuata dalla MGU-K che dipende da quanta energia si vuole recuperare per caricare le batterie.

Mentre all’avantreno sono rimaste le classiche pinze a 6 pompanti (10) al retrotreno vi sono dischi di diametro ridotto (sino a 12 mm in meno) e pinze più piccole, in alcuni casi con solo 4 pompanti. In caso di anomalie alla gestione elettronica l’impianto ritorna a essere gestito in maniera tradizionale con ovviamente una penalizzazione al retrotreno.

5 pistons Brembo brakes caliper
Pinza dei freni con quattro pistoncini

Photo by: Giorgio Piola

Proprio nel GP del Canada del 2014 entrambe le Mercedes che erano prima e seconda, quando entrambe le monoposto hanno avuto un problema alla MGU-K e, di conseguenza, i piloti hanno dovuto fare affidamento solo sui freni posteriori convenzionali, mettendo a dura prova un impianto che è parso palesemente sotto dimensionato.

Questo problema alla fine è costato a Nico Rosberg il successo a vantaggio della Red Bull di Daniel Ricciardo, mentre il compagno di squadra, Lewis Hamilton, si era dovuto ritirare poco dopo aver scavalcato l’inglese al primo pit stop.

Brake-by-wire system, depicts what happens when ERS not working (defaults to manual brake system)
Ecco cosa succede al sistema brake-by-wire quando non funziona la MGU-K

Photo by: Giorgio Piola

Dopo questa esperienza negativa la Mercedes aveva deciso di rinunciare al vantaggio in termini di peso, per tornare a una pinza a sei pistoncini, sebbene McLaren, Red Bull e Sauber abbiano insistito a usarne quattro.

Nel recente GP di Monaco, quando Daniel Ricciardo ha perso l'uso della MGU-K, l’australiano è stato abile nell’adattarsi a guidare con il solo freno posteriore meccanico e con una perdita di potenza che è arrivata a 160 cavalli.

"I freni posteriori si sono surriscaldati e, quindi, ho spostato la ripartizione del sei o sette per cento sull’anteriore nel tentativo di ritrovare una sorta di bilanciamento", ha detto Ricciardo dopo la sua vittoria.

"Si tratta di un valore molto alto, perché durante la gara di solito interveniamo per l’uno o due per cento al massimo. È chiaro che dovevo staccare prima per risparmiare i freni ed evitare di finirli".

Mercedes W05 and W06 rear brakes comparison
La comparazione del sistema frenante posteriore di Mercedes W05 e W06

Photo by: Giorgio Piola

L'introduzione del brake-by-wire è avvenuta 22 anni dopo che la McLaren aveva portato in F1 l’acceleratore fly-by-wire nel 1992. È avvenuto al Gran Premio del Brasile che apriva la stagione, quando la McLaren MP4-7 è stata mandata in pista senza il tradizionale cavo dell’acceleratore, lasciando il posto a degli attuatori idraulici gestiti elettronicamente.

Il pilota poteva avere la percezione della pressione sul pedale grazie all’aggiunta di una molla esterna, contrassegnata in giallo, in basso.

McLaren MP4-8 1993 drive-by-wire detail overview
McLaren MP4-8: nel 1993 è stato introdotto per la prima volta il drive-by-wire

Photo by: Giorgio Piola

Le necessità dei freni in Canada

Il circuito Gilles Villeneuve di Montreal richiede un uso dei freni totalmente diverso rispetto a quanto è stato necessario nella gara precedente a Monaco. Nel Principato la sfida era rappresentata dal riuscire a raffreddare la pinza perché la velocità media è la più bassa dell’intero campionato per cui è indispensabile aumentare la portata di aria dalle prese.

Mercedes F1 W08 brake duct at Canadian GP
Mercedes W08: ecco la brake duct del GP del Canada

Photo by: Giorgio Piola

Ferrari SF70H brake duct, captioned
Ferrari SF70H: ecco il disco da 1400 fori dello scorso anno usato a Montreal con sei fori in diagonale

Photo by: Giorgio Piola

In Canada, invece, i tecnici devono raffreddare il disco e limitarne l'usura. Le immagini sopra ci mostrano i sistemi di raffreddamento di Mercedes e Ferrari a Montreal l'anno scorso, con in evidenza il numero massimo dei fori di ventilazione.

Molti piloti hanno sofferto dei problemi di frenata sul circuito di Notre Dame, ad esempio Heinz-Harald Frentzen si era schiantato alla fine della gara del 1999 dopo un improvviso cedimento.

Sulla base dei dati diffusi lo scorso anno dalla Brembo, la decelerazione massima a Montreal è di 4,8 G nella staccata che precede il tornante. Dei sette punti di frenata canadesi quello più critico è la staccata della chicane che precede il "muro dei campioni". Le monoposto passano da circa 322 km/h e dopo una frenata di 1”6 rallentano a 148 km/h. Questa manovra avviene in appena 49 metri, con una decelerazione di 4,7 G e una forza esercitata sul pedale del freno di 161 kg.

Il tornante alla curva 10 resta la migliore opportunità di sorpasso per i piloti, con uno spazio di frenata di 63 metri che porta le F1 da 292 km/h a 68 km/h in 2”44.

Ogni squadra di Formula 1 utilizza circa 10 set di pinze freno per stagione, mentre si usano da 140 a 240 dischi e da 280 a 480 pastiglie.

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Serie Formula 1
Autore Giorgio Piola
Tipo di articolo Curiosità