Uno degli aspetti più delicati nella gestione di una monoposto di Formula 1 è il raffreddamento delle componenti, proprio a causa delle temperature altissime che molte di queste raggiungono durante una sessione. Ce ne parla l’ingegner Marco Arini, Senior Test Engineer e Project Leader Vehicle Testing della Scuderia AlphaTauri.

Quali sono le componenti che raggiungono le temperature più elevate in una monoposto di F1?

Se escludiamo la camera di combustione del motore endotermico, sono essenzialmente tre: turbina, condotto di scarico (tailpipe) e il sistema frenante, composto da dischi e pastiglie. Queste componenti hanno delle temperature di esercizio di gran lunga più elevate di qualunque altra parte della monoposto.

 

A proposito di freni, quant’è importante gestirne la temperatura, quanto questa influisce sulle prestazioni della monoposto? E come la teniamo sotto controllo?

La gestione delle temperature dei freni rappresenta uno tra gli aspetti più critici nella gestione dell’impianto frenante. Affinché il disco freno carboceramico generi il massimo coefficiente d’attrito, questo deve operare all’interno di una finestra ottimale di temperature, che definiamo “working range”. Monitoriamo in ogni istante l’intero impianto frenante attraverso una serie di sensori capaci di misurare temperature, pressioni e spostamento. In particolare, il rilievo delle temperature dei dischi freno è standardizzato ed eseguito mediante l’uso di sensori infrared posti a pochi millimetri dal disco, installati all’interno della brake duct: questi sono capaci di rilevare picchi fino a 1200 gradi centigradi. Tramite la telemetria, sulla base del rilievo delle temperature del disco, vengono elaborate delle metriche che ci permettono di mettere in atto delle contromisure al primo segnale di anomalie o calo di prestazioni dell’impianto.

 

Qual è il momento più critico per la gestione dei freni?

I primi giri di un Gran Premio sono generalmente quelli più critici nella gestione delle temperature: si possono misurare valori medi del disco superiori ai 600-700 gradi. Nel traffico, le turbolenze – originate dalle vetture che precedono – diminuiscono la portata d’aria verso i condotti di raffreddamento della brake ducts. A dissipare il calore generato, proprio attraverso l’aria convogliata, sono i fori di ventilazione del disco stesso.

 

Quant’è cambiata, da quando è iniziata l’era ibrida (2014), la gestione e l’importanza dei freni?

L’avvento dell’era ibrida, con l’introduzione del brake-by-wire, ha introdotto nuove variabili nella gestione dei freni, ma non ha cambiato il ruolo cruciale che questi rivestono sulla prestazione e sicurezza: decelerare una vettura di 800 Kg da una velocità di oltre 300 km/h a 80 km/h, in poco più di 100 metri e in circa 2 secondi, richiede un impianto efficiente e perfettamente dimensionato, capace di sfruttare appieno il potenziale del disco freno.

 

 

I piloti possono avere stili di frenata diversi, questo influisce sul settaggio dei freni?

Nella fase di pre-evento, sono diversi gli elementi che influiscono nella scelta della specifica di cooling dei freni. In particolare:

  • Caratteristiche del materiale frenante
  • Natura del tracciato (si fa differenza tra low e high duty track)
  • Condizioni ambientali (es. la pressione atmosferica. Caso estremo il Messico, dove l’aria è particolarmente rarefatta)
  • Condizioni meteo
  • Influenza delle temperature generate dai dischi sulle performance delle gomme

Questi sono solo alcuni degli elementi che vengono presi in considerazione. Lo stile e un diverso bilanciamento – che, in diversa misura, incidono sulle energie in gioco durante la frenata – vengono presi in considerazione ma, in generale, non sono di primaria importanza nella scelta della configurazione.

 

 Brake-by-wire e MGU-K: se dovessi spiegarli a tua suocera, come lo faresti?

MGU-K (Motor Generator Unit – Kinetic) assieme al MGU-H (Motor Generator Unit – Heat) e alla batteria (Energy Store) costituiscono l’architettura del sistema di recupero di energia (ERS – Energy Recovery System). È in uso dal 2014, con l’avvento dei motori turbo-ibridi. Tutto viene gestito mediante una centralina di controllo.

In particolare, MGU-K è una macchina elettrica collegata all’albero motore e assolve a un doppio ruolo: nella fase di frenata, lavora come generatore e partecipa al rallentamento della vettura convertendo parte dell’energia cinetica in energia elettrica. Questa viene poi immagazzinata nella batteria; in accelerazione, opera come motore e contribuisce al rilascio di aumento di coppia motrice (fino a 160 cv) erogata in uscita di curva. È chiaro che la parte ibrida riveste un ruolo di vitale importanza nelle dinamiche della vettura.  Al fine di garantire il corretto bilanciamento e stabilità richieste dal pilota, è stato necessario implementare un sistema elettronico di frenata, chiamato brake-by-wire. Il concetto è molto semplice: durante la fase di decelerazione della vettura, la centralina di controllo – in relazione al contributo del MGU-K – definisce quanta della coppia frenante deve essere fornita dall’impianto frenante posteriore, attraverso la generazione di una pressione target al caliper. La gestione dei parametri di controllo e l’accuratezza delle “mappe di friction” del materiale frenante in uso dal brake-by-wire, sono fi vitale importanza per garantirne la performance di risposta del sistema e le corrette richieste generate da disco e pastiglia. Un’avaria al sistema BBW rappresenta una delle situazioni più critiche da gestire per la sicurezza e l’incolumità del pilota e, nella maggioranza dei casi, richiede il ritiro immediato della vettura.

 

Regole F1 2022: avremo le ruote da 18 pollici; le dimensioni dei dischi aumenteranno da 278 a 330 mm; i brake ducts (ovvero i condotti che convogliano l’aria per il raffreddamento dei freni) saranno uguali per tutti: dato questo scenario cosa prevedi dal tuo punto di vista? Quali saranno le nuove sfide, quali i margini e le aree di sviluppo?

Ogni cambio regolamentare presenta sempre nuove sfide. Ma la capacità di sviluppare il progetto della vettura all’interno di regolamenti così stringenti, come quelli del prossimo anno, rende certamente tutto più complicato, ma al tempo stesso molto stimolante. Riguardo l’impianto frenante, uno degli aspetti più rilevanti sarà scontrarsi con i limiti imposti dalle nuove direttive tecniche, specie quelle relative all’influenza delle temperature dei dischi su quelle di esercizio degli pneumatici. Ovviamente, l’efficienza del raffreddamento legate al disco e al caliper rimane un’area cruciale per lo sviluppo della vettura.

 

Come e quando sei arrivato nel nostro team?

La mia esperienza in Formula 1 inizia nel 2005: dopo una breve esperienza in ufficio tecnico, nel reparto aerodinamico, sono passato all’interno del gruppo di ingegneria di pista ricoprendo il ruolo di Performance Engineer, sia nei test che in gara, fino al 2012. Poi sono rientrato stabilmente in factory: oggi rivesto il ruolo di responsabile delle attività di test veicolo e dell’area dei freni all’interno del Vehicle Performance Group.

 

TechTuesday: Acqua-Idraulica
TechTuesday: Acqua-Idraulica
La tecnologia alla base delle monoposto di Formula 1 di […]
JOIN THE TEAM
JOIN THE TEAM
Iscriviti alla Newsletter di Scuderia AlphaTauri Se sei un grande […]
Lavora con Noi!
Lavora con Noi!
“Il successo di un team è determinato dal suo gioco […]
TechTuesday: Acqua-Idraulica
TechTuesday: Acqua-Idraulica
La tecnologia alla base delle monoposto di Formula 1 di […]
JOIN THE TEAM
JOIN THE TEAM
Iscriviti alla Newsletter di Scuderia AlphaTauri Se sei un grande […]
Lavora con Noi!
Lavora con Noi!
“Il successo di un team è determinato dal suo gioco […]