Trasmissione a 8 rapporti. Così sarà il cambio della F1 2014

2 maggio 2013 07:35 Scritto da: Luigi Mazzola

mazzola_intro_motivazione

Un po’ di tempo fa abbiamo parlato del motore F1 che verrà utilizzato nel campionato 2014. Una vera rivoluzione: finalmente un motore pieno di contenuti nuovi e moderni, che rappresenta una sfida tecnica entusiasmante. Oggi voglio parlarvi di tecnica e per poter essere più preciso, ho scritto questo articolo a quattro mani con l’Ing. Bollini, che mi ha dato tutti gli spunti tecnici (e non solo) per poter essere preciso nella descrizione.

Quando facevo il race engineer ho avuto modo di capire che uno dei lavori chiave per la performance della vettura era definire i rapporti del cambio. Per questo lavoro le indicazioni del pilota erano essenziali, in quanto lui riusciva a percepire molto bene quando un motore era sotto coppia, oppure quando era pronto per accelerare la vettura in uscita curva. Certi piloti erano maniaci e cambiavano rapporti anche per soli 200 giri motore.
In una occasione, Alain Prost chiese di cambiare i rapporti quando eravamo già sulla griglia di partenza. Luciano Prandini, il numero 1 dei meccanici cambisti al mondo, dopo una serie di insulti in modenese lanciati contro il sottoscritto, riuscì a cambiare i rapporti in soli 15 minuti. Che meraviglia: ve lo immaginate oggi vedere un cambio aperto in griglia di partenza, quando mancano pochi minuti al via della gara?

Al giorno d’oggi la definizione dei rapporti da mettere in vettura viene fatto dalle simulazioni che tengono conto essenzialmente della curva di coppia del motore, delle velocità raggiunte nelle varie curve e da quelle raggiunte nei rettilinei. Entriamo nel vivo e per completare la descrizione del powertrain, spiegando quali sono le implicazioni regolamentari sulla gestione del cambio nel prossimo campionato. Nella tabella che segue abbiamo riportato la situazione per motore e cambio per 2013, 2014 e 2015.

20132014 WMSC on 29 June 20112015
MOTORE8 per pilota (libera ripartizione motore/gara)
V8 2.4L, 100 bar Fuel Injection, 18000 rpm + KERS
Durata 2000 km
5 per pilota (libera ripartizione motore/gara)
V6 1.6L, GDI 500 bar, Turbo charged, 15000 rpm + ERS
Portata benzina limitata 100 kg/h
Durata 3200 km
4 per pilota (libera ripartizione motore/gara)
V6 1.6L, GDI 500 bar, Turbo charged, 15000 rpm + ERS
Portata benzina limitata 100 kg/h
Durata 4000 km
Aspirazione a geometria variabile?
CAMBIO4 per pilota (ogni cambio 5 gare in fila, escluse FP1-FP2)
7-rapporti, sostituibili gara per gara
4 per pilota (libera ripartizione cambio/gara)
8-rapporti definiti prima dell’inizio delle gare (con una unica possibilità di modifica sulle nuove unità)
4 per pilota (libera ripartizione cambio/gara)
8-rapporti definiti prima dell’inizio delle gare (senza possibilità di modifica)
AERODINAMICACome 2012Come 2012
SERBATOIO BENZINA140 kg fuel100 kg fuel (?)100 kg fuel (?)
ALTRODal 2017 la pitlane dovrà essere percorsa col solo motore elettrico.
Le unità V6 possono essere avviate dal pilota senza necessità di avviatore esterno e personale.
WMSC = World Motor Sport Council

La grande novità per il cambio è che sarà a 8 rapporti, ma questi saranno gli stessi per tutta la stagione inclusi i circuiti estremi come Monaco, Singapore e Monza. Ad oggi è possibile definire rapporti ottimizzati gara per gara. D’altronde le velocità massime a fine rettilineo sui circuiti di gara variano da 290 a 340 km/h, difficili da coprire con una sola marcia.

cambio-max-speed

Dalla prossima stagione, questa attività di ottimizzazione non sarà più possibile. Sembra un passo indietro? Non proprio, vediamo il motivo.

Come si definiscono i rapporti col V8 attuale? Bene, abbiamo 7 rapporti. Il rapporto di prima marcia viene definito per avere una buona combinazione tra il grip della pista e l’erogazione del motore durante la partenza (race-start). Normalmente si definisce il rapporto di prima marcia per una velocità di 120-150 km/h. Il rapporto di settima viene definito per raggiungere la velocità massima ottimale consentita dal pacchetto aerodinamico e con DRS aperto. Per Monza equivale a circa 340 km/h. Gli altri rapporti sono ottimizzati al simulatore per avere una uscita ottimale dalla curva, evitare cambi marcia inutili e ridurre sovraccarico alla trasmissione durante il cambio marcia. Inoltre i rapporti di quinta-sesta-settima devono ottimizzare l’integrale della potenza del motore e questo comporta un salto giri di circa 2000 rpm, tra una marcia e l’altra, coi motori attuali.

Invece, la curva di potenza del motore V6 + Turbo – che lavora a portata benzina limitata a 100 kg/h – sarà molto diversa da quella “a uncino” del motore attuale V8 aspirato, così come siamo abituati a vedere nei motori sportivi (potete prendere a riferimento quella di una moto sportiva anche da strada). La curva di potenza del motore 2014 sarà molto simile alla forma della curva di consumo massimo di benzina imposta dal regolamento. Ovvero la potenza sarà crescente fino a 10500 rpm e poi, da 10500 rpm a 15000 rpm, la curva di potenza potrebbe avere una forma “quasi piatta”, da potenza “quasi costante”. La conseguenza di questa forma di curva di potenza è che il rapporto a terra (ovvero, quanto la marcia è corta o lunga) diventerà meno critico per la prestazione della vettura.

Se proviamo a mettere in un grafico le velocità massime dei circuiti di gara del 2012 su una ipotesi di cambio a 8 rapporti, troviamo per esempio la soluzione che segue:

f1-2014-powertrain

Dovendo soddisfare Monza al massimo regime di ottava marcia, e utilizzare la settima marcia a Monaco e Singapore, otterremmo una prestazione comunque non ottimale per i circuiti con velocità massima compresa tra i 300 e 310 km/h, con la curva di potenza del motore attuale (dovremmo fare la massima velocità con un regime del motore di 1000-1500 rpm al disotto del regime di potenza massima!). Con la curva di potenza “piatta” del motore 2014 (grazie al turbo, in primis), non raggiungere il massimo regime di rotazione non sarà penalizzante come sarebbe nelle condizioni attuali.

L’ing. Bollini, che lavora al dipartimento Motorsport di MET (www.met.it), sta lavorando da tempo sul modello di powertrain al simulatore per definire i parametri ottimali di gestione. Posso dire che i cambi di regolamento tecnico portano sempre molto lavoro nuovo da sviluppare e in questo caso si è dovuto sviluppare strumenti software specifici, in modo da poter gestire e analizzare la grande mole di dati generati dalle simulazioni.

Prima di congedarmi, voglio chiudere con un pensiero ad Ayrton Senna, dato che ieri era il diciannovesimo anniversario della sua scomparsa: i piloti sono fatti di tanti ingredienti. Senna, tra tutti i piloti che ho conosciuto, aveva degli ingredienti di più alta qualità.

Un caro saluto a tutti.

Avanti tutta!
Luigi Mazzola

25 Commenti

  • Buongiorno Ing. Mazzola!
    Mi potrebbe rispiegare velocemente tutto quello che riguarda l’intelligenza emotiva di un pilota di f1, di cui parlava nell’articolo che ha scritto prima di questo? E in particolare mi potrebbe spiegare quella di Kimi, visto che ci ha anche lavorato insieme?
    Grazie!

  • ryudoctor
    Allora il mio tornare a molti anni fa in quanto regolamento non era ovviamente riferito a crash test o tutta quella sezione sulla sicurezza..ci mancherebbe..quello che dico è molto ma molto diverso..allora innanzitt sento costantemente nel forum o blog dire newey miglior ingegnere di sempre..o anche senti dare dell’incapace allo staff ferrari..e con ferrari posso intendere tutti gli staff F1 tolta la RB..ma mi dite come si fa ad avere un’idea vincente tanto da poter guadagnare secondi sugli avversari?..allora se si levano molte di quelle regole che piu che regole sono limitazioni diamo molto piu spazio agli ingegneri inoltre evitiamo tante di quelle incomprensioni regolamentari che danneggiano solamente..e abbiam visto come sviste regolamentari se cosi le vogliam chiamare hanno regalato un mondiale alla brawn nel 2009..un mondiale alla RB nel 2011 e nel 2012..se non ci fossero state le limitazioni ora parleremmo d’altro..e poi il regolamento della F1 è diventato cosi grande che la grandissima costituzione romana è un libriccino di favolette per bambini..il mio tornare ad una vecchia formula 1 è una risposta semplice a una serie di provocazioni che ormai colpiscono la rossa..come possono colpire grandi scuderie quali mclaren..innanzitt ristabilire i test in pista..e non mi frega nulla delle scuderie che dicono di non poter provare perchè è una grande cavolata..se i test privati fossero possibili ti assicuro che con tutte le deroghe alla RB la ferrari e la mclaren avrebbero vinto ugualmente..e sfoltire il regolamento non significa eliminare TUTTO ma eliminare gran parte delle cose..sinceramente devo dirti io preferisco la lotta a 2-3 che la lotta a 20..e per un semplice motivo..prima chi vinceva era il migliore ora chi vince è perchè A. ha usato il DRS , B. ha consumato meno le pirelli , C. non ha incontrato vetture davanti , D. In quel circuito ha avuto Deroghe/Permessi/Sviste sulla sua vettura illegale..
    Concludo dicendo..abbiamo tutti onorato il Grande Senna..ma sbaglio o a Montecarlo ha vinto con una Mclaren NETTAMENTE inferiore contro una Williams SUPER?Sbaglio o è fantastico vedere un pilota cercare di aggiustare la linea della vettura perchè scodellava da tutte le parti?Sbaglio o le lotte di una volta erano lotte..e non c’era di mezzo uno stupido bottone che apre le acque come mosè o delle stupide gomme che ciclicamente permetto ora a un pilota e nell’attimo dopo ad un altro di superare qualsiasi vettura?..Sbaglio o le vetture non erano diverse perchè una flette l’ala e l’altra ha una posizione di scarichi LEGGERMENTE diversa?

    Sai qual’è il problema, secondo me, che con delle regole aperte che sviliscono i mega investimenti in simulatori e gallerie del vento un Ken Tyrrell qualunque può piazzare 3 titoli in cinque anni facendo calare i profitti immediati dei top team e facendo la fortuna a lungo termine della F1, ma chi dirige vive e pensa solo in termini di politiche a cortissimo respiro.

  • Mi dispiace di contradirvi, sola la potenza indicata è circa piatta sopra 10500 rpm (perché li, la portata è fissa a 100 kg/h), ma non la potenza effettiva, ci sarà ancora un bel attrito in mezzo, per ora l’attrito non ha ancora spinto la vettura. Quindi … già Andrea ci sta pensando, salvo che … la detonazione ci impedirà l’utilizzo di una zona critica.

    A scelta vostra, o questo motore V6 turbo è un motore Diesel da TIR che accelera da bestia come lo vuole la Formula Uno, o è un motore che suona la ferraglia ad alti giri con un bel sacco di cavalli in meno per le buone orecchie degli spettatori.

    Volete i veri giri di cambiata del V6 turbo ? Magari, il pilota lo farà naturalmente in 2014 :-) perché sentirà molto bene la scarsa accelerazione ad alti giri rispetto ai giri attorno della potenza massima.

    L’unica imprecisione del mio discorso, è la quantità di carburante limitata per tutta la gara (assieme all’aspetto detonazione), quindi, si dovrebbe certamente alzare il piede sul rettilino per risparmiare il carburante, per non finire a secco di benzina su alcuni circuiti. Ma questo fa parte delle simulazioni e magari la scelta dei rapporti sarà fatta con tali dati … oppure, metteremo il pulsante “Modalità ECO PRO.” della BMW (a scelta o sportivo o risparmio funzione delle indicazioni del box).

    Quindi, il vincitore della gara sarà il pilota con una “modalità” di guida particolarmente efficiente – è quello voluto, la Formula Uno dal 2014 diventa la gara all’efficienza energetica (25 anni dopo la fine dell’epoca TURBO in 1988 con serbatoio carburante limitato e pop off cioè artifici esattamente simili che quelli definiti oggi per il 2014). Quindi, salvo errori, come l’attrito zero non esiste ancora sulla nostra terra, neanche ad alti giri su un motore di Formula Uno, per vincerlo si consuma sempre quella detta benzina (e in più quella già contenuta nel serbatoio) … quindi … forse farei una 7a e una 8a particolarmente lunghe a giri non troppo ad alti giri. Allora, sul serio, li volete i rapporti cambio e i giri di cambiata del futuro V6 turbo per fare tutte le gare della stagione 2014 ?

    Vi lo dico, si apre una nuova dimensione formidabile nello spazio della Formula Uno dal 2014. Peccato, che PORSCHE, TOYOTA, HONDA, BMW, VOLKSWAGEN non sono presenti. Peccato che non ci sarà più competizione tecnica. Peccato che entreremo ancora di più nel gioco della lotteria per mantenere lo spettatore con il fiato sospeso per mancanza di concorenti seri.

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