Con il Campionato Mondiale di F1 2022 ormai agli sgoccioli, con Max Verstappen che si è confermato di nuovo campione per la seconda volta di fila e con il caso “budget cup” a farla da padrone, è passato quasi sottovoce l’aggiornamento che la FIA ha apportato al regolamento tecnico del 2023 il 19 Ottobre. Nella “Issue 3” del documento ufficiale ci sono pochi upgrade, ma che riguardano soprattutto il lato sicurezza. In particolare è stato confermato un irrigidimento nei test di controllo del “Rool-Hoop”, un aumento delle dimensioni degli specchietti retrovisori e un chiarimento tecnico nel sistema frenante.

f1 2023 roll hoop
f1 2023 roll hoop

Sulle modifiche apportate al Rool-Hoopabbiamo già discusso in un articolo precedente riguardante il focus generale sul regolamento tecnico del prossimo anno. Dopo l’incidente di Guanyou Zhou a Silverstone, la FIA ha deciso di rivedere i test di resistenza di questo elemento, introducendo anche l’applicazione di forze in avanti, aumentando l’altezza totale da terra a 950 mm e l’applicazione di un raggio di curvatura di 20 mm sulla parte finale. Nella “Issue 3” del regolamento viene ora aggiunta una nota in cui si dichiara che la conformità della struttura verrà valutata senza considerare l’apertura necessaria al passaggio dei condotti aerodinamici e senza la carenatura. Inoltre qualsiasi apertura di quel tipo dovrà trovarsi a un’altezza inferiore ai 955 mm da terra. In definitiva le parti che contribuiscono realmente alla resistenza della struttura dovranno supportare il veicolo nel caso di un impatto verticale con il terreno fino a 15g.

L’articolo 14.2 del regolamento prevede delle modifiche riguardanti la grandezza degli specchietti retrovisori. La FIA ha deciso di intervenire per cercare di ridurre l’effetto dell’”angolo cieco”. Gli specchi nel 2023 dovranno avere una forma di rettangolo verticale di dimensioni 200 mm x 50 mm con tolleranza +2 mm/0 mm, inoltre gli angoli saranno raggiati con raggio 10 mm. Inoltre lo specchio non dovrà presentare parti concave ed avere una superficie con continuità in tangenza e un raggio normale di curvatura non inferiore ai 400 mm. Rispetto al 2022 la lunghezza crescerà di 50 mm, ma ci saranno regole molto più stringenti anche nella forma superficiale dello specchio stesso.

f1 2023 specchietti
f1 2023 specchietti Foto Martellotta per newsf1.it

Ma la modifica più sottile e forse anche più interessante è quella che riguarda l’articolo 11.1.1 sul sistema di frenata delle monoposto F1 2023. L’articolo recita quanto segue:

“With the exception of a power unit, all cars must be equipped with only one brake system. This system must consist of one pedal which operates two master cylinders. On the outlet side of the master cylinders the system must comprise of two hydraulic circuits, one circuit from one master cylinder to operate the two front wheels, the other circuit from the other master cylinder to operate the two rear wheels. The rear brake control system described in Article 11.6 will be regarded as part of circuit that operates the rear wheels. This system must be designed so that if a failure occurs in one circuit the pedal will still operate the brakes in the other.”

Praticamente l’unico pedale del freno deve mettere in funzione due cilindri principali, collegati rispettivamente a due circuiti idraulici distinti: uno per le ruote anteriori, l’altro per le ruote posteriori. In questo modo viene garantito il funzionamento di almeno un circuito, nel caso di guasto dell’altro. C’è da dire che anche nei precedenti regolamenti l’articolo faceva riferimento a due circuiti idraulici distinti, ma non veniva dichiarato esplicitamente la posizione dei due cilindri principali.

Per capire allora il senso di questa modifica credo sia doveroso fare un passo indietro ed andare ad esaminare il funzionamento del sistema di frenata di una F1 (che poi per certi aspetti non è così diverso da quello delle auto stradali).

L’intero impianto frenante è quello che in gergo viene definito “Servo-Attuatore Idraulico” (HSA). Considerando ora di avere solo un asse e quindi magari solo le ruote anteriori, il sistema viene messo in moto grazie all’aumento di pressione generato premendo il pedale del freno. Come si può vedere dallo schema che segue (ripreso e modificato per l’occasione dai miei vecchi appunti di Meccanica Applicata alle Macchine), una volta premuto il pedale, la pressione viene trasferita a tutto il sistema idraulico. Se il fluido contenuto nel circuito è newtoniano e quindi incomprimibile, allora si applica il principio di Pascal. Nel senso che la pressione generata in un punto di un fluido confinato viene trasmessa a ogni altro punto del fluido stesso, con uguale intensità e direzione perpendicolare alla parete del recipiente in cui si trova il fluido. In altre parole la pressione in un fluido incomprimibile e statico deve rimanere costante. Quindi se aumento la pressione a monte del circuito, attraverso il pedale del freno, l’aumento anche a valle mettendo in moto il pistone collegato alle pastiglie, le quali chiudendosi sul disco del freno fanno frenare la ruota per mezzo dell’attrito.

F1 2023
F1 2023

Come si vede dall’immagine per far in modo che il pedale torni in posizione, e quindi diminuisca la pressione una volta terminata la fase di frenata, è presente una molla di ritorno alla fine del cilindro principale.

Descritto in questo modo il sistema potrebbe essere anche semplice, ma sarebbe solo un attuatore idraulico. Il problema principale risiede nella forza che bisogna imprimere sul pedale per superare l’inerzia del fluido (dato che è incomprimibile) e mettere in moto le pastiglie. In aiuto dei guidatori e dei piloti è stato introdotto il servofreno che aggiunge una forza di c.ca 300 kg alla normale azione sul pedale. Lo spostamento viene così regolato grazie alla differenza di pressione che si crea tramite l’impiego di due valvole nelle due camere del pistone idraulico (PA – PB). Con il pedale a riposo la pressione nelle due camere è la stessa e di valore negativo. Premendo il pedale la valvola posta vicino alle camere si chiude, aumentando la depressione nella seconda camera. La valvola posta vicino al pedale si apre facendo entrare aria a pressione atmosferica (quindi positiva) generando una spinta e aumentando la pressione sul fluido.

Compreso ciò possiamo immaginare, schematicamente, che in una F1 il pedale del freno sia collegato a due sistemi come quelli in figura. Uno che regola i freni delle ruote anteriori, l’altro che regola quelli posteriori. Oltre per il fattore di scurezza riportato nel regolamento questa divisione è importante perché al posteriore il sistema di frenata è più complesso di così. Infatti con il motore ibrido e la presenza dell’MGU-K, al posteriore la monoposto “frena” anche grazie al motore elettrico che sta recuperando energia. In questo modo la frenata tra asse anteriore e posteriore sarebbe molto sbilanciata, poiché con il pedale del freno si induce la stessa forza su entrambi i cilindri principali, ma in più al posteriore sta frenando anche il motore elettrico. Per questo la frenata al retrotreno viene gestita tramite software, in un sistema “Brake By Wire” (BBW). La forza idraulica che incide sul cilindro al posteriore viene quindi mandata a una camera di compensazione, e la frenata viene gestita tramite un cilindro elettro-attuato governato dal BBW. In base ai dati provenienti dalla rigenerazione dell’MGU-K, il software decide quanta forza imprimere alle pinze per avere una frenata stabile. In conclusione abbiamo visto come sia importante in una F1 ibrida avere i due sistemi distinti per gestire la frenata all’anteriore e al posteriore. Il fatto che la FIA abbia aggiunto all’inizio dell’articolo 11.1.1 quella nota sui due cilindri separati, va visto nella logica di cercare di ridurre al minimo la possibilità di interpretazione in un settore così delicato come quello dei freni.

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