Tecnica F1, le caratteristiche delle sospensioni attive

29 aprile 2014 08:15 Scritto da: Simone Papa

In Formula 1 si torna a parlare di sospensioni attive: alcuni team, insieme alla FIA, vorrebbero reintrodurle a partire dal 2017. Ma come funziona una sospensione attiva gestita elettronicamente? Scopriamolo in questo articolo.

Mercedes W05Il circus della Formula 1 è in un periodo di grossi cambiamenti sotto molti punti di vista, tra i quali spicca quello prettamente tecnico che può, a sua volta, essere influenzato da condizioni gestionali ed economiche. E’ il caso, questo, dell’ultima indiscrezione che circola nel paddock: la reintroduzione delle sospensioni attive in Formula 1 a partire – presumibilmente – dal 2017.

Per chi ha da poco compiuto la maggiore età la parola “reintroduzione” può sembrare strana, ma per i veterani della massima serie a ruote scoperte la definizione di “sospensioni attive” rievoca un periodo a cavallo tra gli anni ’80 ed i ’90 in cui questa tecnologia di gestione del telaio permetteva a vetture straordinarie, quali la Williams (progettata da Newey), di vincere il Mondiale di Formula 1, prima di essere bannata per regolamento a partire dal 1994.

Tutto ciò parrebbe in controtendenza rispetto al downsizing delle prestazioni che la FIA sta attuando da qualche stagione a questa parte (tramite riduzione della cilindrata dei motori e ridimensionamento dell’effetto aerodinamico), visto che questa tecnologia, attraverso l’elettronica, permetterebbe un bilanciamento telaistico pressoché perfetto in ogni condizione di marcia delle monoposto, con evidenti miglioramenti soprattutto nella velocità di percorrenza curva.

Secondo le voci trapelate il motivo di questa reintroduzione è il contenimento dei costi e, su questo argomento,  moltissimi addetti ai lavori del Circus hanno mostrato le loro perplessità. Per provare a disegnare effetti e conseguenze di questo futuro scenario tecnico della F1 occorre però capire di cosa parliamo.

Con il termine “sospensioni attive” in ambito automotive si definisce un comparto sospensivo (molle ed ammortizzatori) regolato con continuità ed in tempo reale nel posizionamento e nella rigidezza da una centralina elettronica che interpreta dei segnali provenienti da appositi sensori (accelerometri, giroscopi e simili elementi) e, tramite mappature predefinite, muove degli attuatori elettro-idraulici direttamente collegati alle sospensioni della monoposto.

E’ intuitivo come una tecnologia di questo genere possa garantire ad una monoposto di Formula 1 di essere perfettamente “in assetto” in ogni istante di gara, rappresentando una rivoluzione nelle performance di grande effetto pratico: il comportamento della vettura ne risulterebbe migliorato soprattutto nelle fasi di percorrenza curva, quando il bilanciamento in tempo reale della monoposto sull’asfalto permetterebbe sia alle ruote di trovarsi in appoggio nelle condizioni ideali (ottenendo il massimo della trazione con il minimo del degrado) e sia all’aerodinamica di lavorare al meglio delle proprie possibilità, senza rollio e beccheggio che sono i peggiori nemici della dinamica di marcia.

sospensioniAttualmente, come già accennato in precedenza, queste sospensioni sono vietate, perché nel 1994 si voleva evitare ogni possibile controllo elettronico che potesse simulare qualsivoglia tipo di aiuto di guida (tra i quali rientrava anche il controllo di trazione ed il sistema di anti-bloccaggio freni o ABS). In effetti la filosofia della sospensione attiva non è vietata, bensì ne è vietata la gestione elettronica, ed infatti attualmente esistono sistemi di controllo del set-up delle sospensioni in Formula 1, ma sono a controllo meccanico.

Ci riferiamo al FRIC (sistema che interconnette sospensioni anteriori e posteriori in modo che le reazioni ed i movimenti delle stesse siano omogenei e quindi tendenti ad un globale bilanciamento della monoposto) e ad altri sistemi che in questi anni tutti i top team hanno sviluppato o provato a sviluppare: Renault nel 2008, Mercedes attualmente e Red Bull che nel 2013 ha probabilmente trovato il bandolo della matassa del sistema a gestione meccanica.

Si, perché il punto è proprio questo: le sospensioni a comando meccanico sono di una complessità progettuale e di messa a punto assolute, rappresentando probabilmente la sfida più grande per gli ingegneri telaisti. Non a caso, nonostante i chiari benefici che il sistema in questione può apportare alla monoposto, pochissime squadre sono riuscite davvero ad arrivare ad un livello di sviluppo degno di essere portato in pista, nonostante le ingenti risorse profuse per tendere a questo obiettivo.

Qui comincia a tornare valido il discorso che tiene banco allo Strategy Group: reintrodurre le sospensioni attive permetterebbe alle squadre di abbattere i costi legati alla simulazione computazionale e pratica di questo sistema e, con essi, anche quelli legati a tutti i tecnici impegnati in questo comparto della monoposto. Per i top team, che se lo possono permettere, si parla di centinaia di milioni di euro in vari anni, non pochissimo; mentre ci risulta che addirittura nessuna delle squadre di bassa classifica abbia mai approcciato il progetto della gestione meccanica delle sospensioni, e ciò è un chiaro indice di che tipo di impegno esso richieda.

In pratica stiamo dicendo che le sospensioni attive (controllate elettronicamente) sono economicamente vantaggiose rispetto a quelle a gestione meccanica: ma come ciò si spiega ingegneristicamente? Per garantire ad ogni ruota l’assetto in condizioni di rollio e beccheggio (da contrastare entrambi) e per lasciare liberi i movimenti singoli di ogni pneumatico, la soluzione meccanica richiede (ma non sono sempre utilizzati tutti) la presenza di una molla, un ammortizzatore, un inerter (o J-damper) e un bumper per ognuno dei due elementi principali della sospensione, per un potenziale di 32 componenti da settare e gestire per ogni vettura. Si tratta di un enorme lavoro di simulazione numerica (parliamo di più di 30 gradi di libertà, chi mastica la meccanica sa che è un numero decisamente ampio di possibili soluzioni) e di una messa a punto potenzialmente perfetta ma praticamente impossibile da raggiungere.

SospensioniLa soluzione a comando elettronico induce invece una grande semplificazione nella componentistica (bastano degli attuatori elettro-idraulici, elementi di semplice costruzione ed anche economicamente accessibili) e soprattutto elimina quasi del tutto la tediosa opera di messa a punto, sostituita da una serie di algoritmi precaricati sulla ECU che permettono di, “letta” la situazione dinamica della monoposto in tempo reale, adeguarne la posizione delle sospensioni con un impulso elettrico.

E’ un po’ quel che accade con il brake-by-wire ed in effetti sarebbe questo tentativo tutto sommato ben riuscito ad aver convinto la FIA a lanciarsi anche nell’introduzione delle sospensioni attive, considerando anche che attualmente la federazione ha il pieno controllo della gestione elettronica delle vetture di Formula 1 grazie alla centralina unica ed uguale per tutti  e potrebbe agevolmente sorvegliare che la sospensione attiva non venga utilizzata per altri fini (negli anni ’90 invece, date anche le scarse potenze di calcolo dei computer e la diversità di centraline per ogni squadra, sarebbe stato improponibile).

Per inciso, una delle critiche maggiori che piovono su questa proposta è proprio il possibile bug che essa introdurrebbe: un controllo elettronico del telaio e dei bracci delle sospensioni potrebbe essere abilmente sfruttato per fini aerodinamici, sia creando canali di flusso in curva e sia proponendo superfici alari (come sono le sospensioni attuali) mobili. Si tratta forse di ipotesi fantasiose, ma non così lontane dall’applicabilità, anche se l’effettiva utilità sarebbe tutta da verificare.

Nonostante se ne parli poco, il controllo meccanico delle sospensioni è uno degli aspetti che più influenza la conformazione finale della monoposto ed il posizionamento di moltissimi elementi. Ne segue che una sua eliminazione comporterebbe un ripensamento totale della vettura, con dispendio di tempo e di risorse economiche non indifferente, annullando del tutto i risparmi già elencati della soluzione elettronica: è questa la critica più dura giunta negli ultimi giorni densi di ipotesi e dibattiti, che hanno visto protagonista anche una vecchia gloria della F1 come Martin Brundle. Il tempo ci illuminerà.

22 Commenti

  • Devo dire che sono favorevole! Ricordo a tutti che la F1 in teoria sarebbe la massima espressione dell’ingegneria e della tecnologia automobilistica. Dunque, cosa aspettiamo?

  • alexander310

    Mi ero già espresso tempo fa, ma lo ribadisco che, trascurando il fatto che anche una scimmia potrebbe guidare una F1, in caso di guasto al sistema la vettura diventa ingovernabile per chiunque (Zanardi docet).

    Se il problema è la difficoltà materiale ed economica di fare un assetto perchè non reintrodurre il mass damper?

    Ma poi quali vetture di serie beneficeranno dell’elettronica?

  • @MotoreAsincronoTrifase

    Sono d’accordissimo con te. L’equilibrio tra massima tecnologia e capacità del pilota di fare la differenza è estremamente delicato. E questa è una cosa che molti non colgono.

  • Purtroppo o per fortuna non ho vissuto l’epoca delle sospensioni attive, ma da quel poco che visto dal film di senna, trasmesso su italia 1, in cui la macchina si muoveva da sola premendo un pulsante, sono contrario perchè non sarebbe il pilota a guidare la macchina, ma viceversa; ma se si passa sul piano tecnologico e dell’utilità nella prduzione di serie il punto di vista cambia perchè, poichè mi piace la tecnologia e sono curioso di sapere fin dove si può spingere essa, sono d’accordo alla loro introduzione. In entrambi i casi ciò che non condivido è il motivo della loro reintroduzione cioè “la riduzione dei costi” perchè con tali sospensioni i costi dei materiali si riducono, essendo pressochè sempre gli stessi, ma di convesso aumenterebbero i costi per lo sviluppo(Es. se y(prestazione)= x(materiali usati)+y(tecnologia applicata);nel caso che y è fissa(come oggi accade) per avere le stesse prestazioni si varia x, invece, nelle sospensione attive è x a rimane fissa ma per avere le stesse prestazioni bisoga variare y). Poi non capisco voglio reintroddure le sopsensioni attive, ma tolgono il FRIC che, da quel poco cheso, è la variante meccanica delle sospensioni attiva..MAH sempre più allibito. Spero di essere stato chiaro e di non aver detto stupidaggini. Cosa ne pensate??

    • MotoreAsincronoTrifase

      il fric costa un casino e neanche i top team sono riusciti a implementarlo per bene nonostante ingenti investimenti. Le sospensioni attive potevano essere laboriose e costose 30 anni fa con computer che oggi sarebbero infinitamente meno potenti di un telefonino. In pratica una volta progettate c’e’ solo da affinare il software. Il grosso del lavoro attuale invece consiste nel settare la macchina in modo che le sospensioni meccaniche lavorino per il meglio, e per farlo ci sono decine di tecnici e ingegneri. In pratica icosti si ridurrebbero di certo e anche il personale impiegato sulle auto.

      • ok sono d’accordo ma per sviluppare sowftare per le sospensioni attive devi sempre tenere aggiornati i pc e poi, secondo me, tali sospensioni devo essere anche incluse nel cfd e quindi ulteriore spesa si di adeguamento che aggiornamento di sistemi. Per quanto riguarda l’idea di f1 sono ancora Xd d’accordo con te io la considero la massima espressione di tecnologia e preferisco avere macchine super tecnologiche che sorpassi artificiali come drs oppure gomme usate vs nuova, però a tale tecnologia bisogna mettere dei limiti; immagina che adrian newey ho creato una macchina di f1 senza limiti della fia per gran turismo 4 o 5(non ricordo bene) e tale macchina gira a suzuka in meno di 1:10.000.

  • MotoreAsincronoTrifase

    Io sono d’accordo, le sospensioni attive semplificherebbero tutto, soprattutto se unite ai cerchi a spalla ribassata, magari da 18″. Pero’ inizia a stufare la fia con il fare le cose a caso. Dopo tutto il casino fatto per eliminare l’elettronica introducendo la centralina unica adesso introducono le sospensioni attive che aiutano il pilota. Praticamente prima tolgono ogni aiuto elettronico come il traction control, cambio automatico ecc e poi reintroducono uno dei piu’ grandi aiuti elettronici che ci possano essere per il pilota e per i tecnici. Ilrischio e’ che non conta piu’ tanto il pilota bravo a settare la macchina e dare indicazioni e che lo spettacolo possa risentirne con macchine ancora incollate all’asfalto. Per cui l’errore umano diventa molto piu’ difficile.

    • Stradaccordo ma qui entrano in ballo gli interessi Pirelli che dal primo contatto si è detta interessata ai cerchi da 18 che permetterebbero un ritorno di tecnologia e immagine sulle supercar e macchine di serie.

    • Io sono fortemente contrario alle sospensioni attive!
      Chi si ricorda la Williams che a momenti si guidava da sola nel 1993… con controllo di trazione, sospensioni attive, abs vincerebbe un mondiale anche Petrov… no dai mai più cose del genere!

      • MotoreAsincronoTrifase

        Bisogna capire cosa si vuole dalla f1. Per anni e’ stata la massima espressione della tecnologia applicata alle auto mentre adesso si vuole vedere solo spettacolo e sorpassi. Per cui se si vuole vedere la tecnologia estrema sulle auto si deve sbloccare lo sviluppo mentre se si vogliono vedere sorpassi e spettacolo si deve continuare a standardizzare i componenti e togliere anche quel poco di tecnologia residua in modo tale che il pilota faccia ancora la differenza.

  • Peccato articolo interessantissimo e pochi commenti, per quanto competenti non paragonabili in numero a quelli sui gossip e sulla dietrologia delle gare e sulla Ferrari… Dai ragazzi sbizzarritevi 😀

    • Son d’accordo con te Fabietto, articolo veramente interessante che permette di avventurarsi in diverse analisi: sia di carattere tecnico che di analisi dei costi eo/ fattibilità per i piccoli team.

      Sicuramente, specie per me che ho vissuto anche l’altra epoca delle “attive” la cosa affascina e incuriosisce. Sono da sempre un fautore di una F1 fucina di idee e soluzioni estreme e all’avanguardia, e questo campo sicuramente aprirebbe nuovi fronti.

      D’altra parte però ho i miei dubbi: sicuramente l’hardware (inteso come attuatori, giroscopi etc.) attualmente ha un costo decisamente inferiore a 20 anni fa; temo che quello che andrà ad incidere notevolmente sui costi sia lo sviluppo software (con le potenze di calcolo di oggi sicuramente gli ingegneri vorranno tirar fuori molto di più in termini di prestazione da questa soluzione); costi che ancora una volta potrebbero essere proibitivi per i piccoli team (per inciso io però sono tra quelli che pensano che la F1 non la prescrive il medico: vi corre chi può permetterselo, alla faccia dei budget cap 😀 ).

      Altro aspetto che mi affascina è quello relativo al know-how: il vantaggio di conoscenza e sviluppo di queste soluzioni accumulato 20 anni fa dalla Williams (cito lei perchè è la scuderia in cui questa soluzione raggiunse lo stato dell’arte delle attive) saranno ancora attuali? Mi spiego, dopo 20 anni le soluzioni di allora potranno essere ancora base di partenza per quelle delle prossime stagioni, o si dovrà (per via delle nuove tecnologie disponibili oggi) ripartire comunque tutti da zero? (senza quindi eventuali vantaggi [Williams] / handicap [Ferrari]). Su questo ultimo punto mi piacerebbe sicuramente sentire i vostri pareri 😀

      • Secondo me il know how di 20 anni fa è ormai superato, vista anche l’evoluzione al di fuori dalla F1. Dubito quindi che Williams abbia un vantaggio su Mercedes, per essere chiari.
        A me affascina molto come argomento… ovviamente sviluppare il software costerà, ma secondo me, alla lunga, meno che sviluppare complicate soluzioni meccaniche, pneumatiche o idrauliche per fare lo stesso lavoro…

  • L’aumento (notevole) delle velocità di percorrenza in curva, coadiuvando l’aerodinamica, che questa soluzione darebbe mi pone dei dubbi.
    Al netto degli eventuali problemi d’affidabilità (ancora ricordo il terribile crash di “Pineapple” Zanardi in Belgio…), invece di cercare lo spettacolo e dare maggiore influenza ai piloti privilegiando il grip meccanico “grezzo” (ossia senza aiuti elettronici) si andrebbe in una direzione totalmente opposta; l’aerodinamica (che poi è la vera ragione per cui sono concepite sospensioni attive e FRIC, ancor più che per l’effettiva capacità di smorzamento delle irregolarità della pista) tornerebbe a farla da padrona, con conseguenti difficoltà nel sorpassare “restando in scia” (anche col DRS) oppure cercando traiettorie alternative sullo “sporco” (e lì c’entra pure la concezione delle gomme odierne…).
    Se anzichè il concetto di “regolatori d’altezza dal suolo in real-time” di queste sospensioni attive si ponesse invece quello degli “ammortizzatori magnetoreologici”, che, intervenendo sullo smorzamento piuttosto che sulle correzioni continue d’altezza, darebbero una grossa mano all’aumento del grip meccanico, potremmo avere (ipotizzo) delle gare entusiasmanti e nel contempo dare un contributo reale allo sviluppo della componentistica di serie.
    Ovviamente, questo è solo un mio pensiero.

    • Gli ammortizzatori con liquido magnetoreologico, credo siano usati da qualche anno sulle Ferrari stradali e molte altre marche… ora non ricordo bene se ci sia un vincolo regolamentare per questo, ma non mi pare, quindi fondamentalmente potrebbero pure già usarlo in F1.

      • Sisi, tutti i grandi Costruttori usano già quella tecnologia da un po’ di tempo e con ottimi risultati ed affidabilità.
        Avvenne qualcosa di simile, riguardo allo sviluppo delle sospensioni, quando nel 98′ si parlava delle sospensioni contrattive utilizzate in primis da McLaren (ricordate?), oppure con gli ammortizzatori rotanti della F2003 GA.
        Credo che la tecnologia magnetoreologica non sia ancora utilizzata in F1 per qualche vincolo regolamentare, ma non ne sono sicuro. Qualcuno saprebbe dire se invece sia già impiegata in altre categorie sportive, tipo nel WEC?

  • PazzoINRosso

    30 GRADI DI LIBERTà!?!
    Io faccio fatica con 3 :(

    Cmq un gran bel articolo, complimenti sig. Papa

  • Ottimo articolo, dico la mia solo su un paio di punti:

    1) E’ certamente molto più conveniente mantenere la vettura con un determinato assetto volto a generare il massimo carico possibile (eccetto che per i rettilinei), quindi non credo ci sia il pericolo di vedere “ali mobili” realizzate attraverso le sospensioni. Questo anche perché i bracci delle sospensioni si muovono prevalentemente in senso verticale, per cui per avere un’incidenza apprezzabile si dovrebbero variare moltissimo gli angoli caratteristici della sospensione, che invece si vogliono il più controllati possibile;

    2) Il dispendio di risorse economiche per “ripensare il tutto” è ovvio ma immediato e “una tantum”, mentre i benefici sono permanenti, oltre a permettere un travaso sulle vetture di serie molto interessante.

  • Io sono favorevole, come accennato dall’articolista il sistema puramente meccanico è molto complesso tanto da risultare inacessibile per molti. Quando c’erano le sospensioni attive avevamo dei 486 e dei portatili che pesavano 5kg con schermi da 13 pollici forse solo a fosfori. Oggi accelerometri, GPS, giroscopi sono oggetti che si comprano a pochi euro su e-bay. Non è confrontabile il costo di allora con quello di oggi. Inoltre, e chiudo, tutte le macchine sportive in produzione sono dotate di correttori d’assetto elettro idraulici ed è quindi una anomalia che le loro “sorelle maggiori” non le incorporino a loro volta.

    Buona giornata a tutti, Stefano

  • MotoreAsincronoTrifase

    La f1 ha un cambio regolamentare pesante ogni 4-5 anni per livellare le prestazioni, ed e’ ovvio altrimenti chi inizia un ciclo vincente non la smetterebbe piu’ poiche’ ogni anno porterebbe un evoluzione della vettura precedente. Basta pensare alla renault che con l’abolizione del mass dumper dprofondo’ a meta’ classifica, la red bull che continuerebbe a dominare con i motori aspirati e l’attuale mercedes che se non ci saranno drastici cambiamenti difficilmente cedera’ il passo nei prossimi anni.

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