[RISOLTO] F1: la sfida della trazione (coppia). Cosa ne pensate?

[Guest frallog]

Vi riporto qui una serie di note gia' scritte in altri forum. In particolare sono per Regazzoni.

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Parto da alcune evidenze eclatanti.

1.

Tutti coloro che hanno provato una formula 1 sono rimasti impressionati dalla frenata, molto meno dalla accelerazione.

2.

Osservando dall'alto il comportamento di una formula 1 in una curva a gomito (Quella del GP del Canada ad esempio) e' subito evidente l'enorme ritardo in fase di accelerazione, all'uscita della curva.

3.

In un GP del 2005 (mi sembra quello della Malesia) si e' sentito Fernando Alonso che discorreva con i box circa il fatto che "Power is not the problem, traction is the problem". Se non erro il nostro Fernando Alonso vinse quel GP.

Ora per carita' non venitemi a dire che una F1 non puo' accelerare oltre un certo limite che e' quello delle gomme, perche' altrimenti vi rispondo che lo stesso problema dovrebbe esserci in frenata, dove si raggiungono quasi 2g. La verita' e' un'altra, e cioe' che questi motori hanno un inviluppo della coppia molto stretto e sono tarati quasi sempre per l'ottenimento della massima potenza.

Ora io ho delle idee ben precise in proposito e medito teorie ardite, che permettano di ottenere inviluppi di coppia piu' soddisfacenti (cioe' curve di coppia decisamente piu' larghe rispetto a quelle attuali).

NOTAZIONE: Questa nota vale per l'uno gennaio.

Le soluzioni che io vedo sono tre, tutte molto complesse, ma anche molto attraenti secondo me. Tutto sarebbe possibile se si abolisse l'assurda regola del rapporto corsa/alesaggio fissato.

Io dico che una volta che hanno fissato il numero massimo di giri, (dal 2008 si parla di 20000 rpm fissati) si potrebbe consentire la deroga di qualche regola, che altrimenti la ricerca diventa veramente nulla.

Opinioni in merito sono gradite.

Regards,

Francesco 8)))

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1) Mappatura della centralina variabile.

Io penso che con le attuali tecniche satellitari (GPS e futuro GPR europeo), si possa far conoscere alla centralina la parte del circuito in cui ci si trova. Allora la centralina identifica le parti veloci del circuito e imposta una data mappa per la massima potenza, oppure le parti lente del circuito dove invece carica una mappa per la massima coppia.

Regards,

Francesco 8)))

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2) Cilindri asimmetrici di differente cubatura e pistoni specializzati con forme differenti del cielo del pistone.

Questa e' un'idea di molto tempo fa riveduta e corretta. Io penso che con un motore otto cilindri si possa finalmente pensare ad un propulsore con due sezioni distinte di quattro cilindri ciascuna. I pistoni per forma e per volume del cilindro sono specializzati, quattro piu' piccoli ma a corsa piu' lunga (diciamo di 55mm-57mm) per la coppia e quattro di sezione maggiore ma a corsa piu' corta (diciamo di 39-41mm) per la potenza. Anche le forme del cielo dei pistoni sono differenti in modo da massimizzare, l'una la coppia, l'altra la potenza massima. Abbiamo quindi anche bracci dell'albero motore asimmetrici e corse differenti, per pistoni specializzati in coppia e pistoni specializzati in potenza.

Regards,

Francesco 8)))

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3) Mappatura variabile.

Oltre a variare la distribuzione di massima le due differenti mappature varieranno anche la distribuzione della miscela nei differenti tipi di cilindri. L'idea parte dal fatto che tendenzialmente i propulsori di F1 girino con miscele molto magre, per consumare di meno, ed infatti il loro consumo specifico normalizzato ad un numero di giri "umano" (diciamo 5000 rpm) in realta' e' basso. Allora c'e' spazio per arricchire un po' la miscela nei punti nevralgici del circuito.

Fatto 100 il potenziale chimico utile che si puo' introdurre nei cilindri allora le differenti mappature privilegieranno il 55%-57% i cilindri di coppia nelle zone lente e il 57-59% i cilindri di potenza nelle zone veloci del circuito.

in questo modo la coppia che si esprime e' effettivamente la massima che si puo' cavare da quella cilindrata totale, ed e' maggiore di quella che si otterrebbe con un propulsore perfettamente simmetrico. Io calcolo che in questo modo si potrebbe ottenere un guadagno di coppia pari a circa l'8%-10%. Il guadagno in un giro puo' essere dell'ordine del secondo netto. La coppia risultante puo' essere considerata come la composizione delle due gaussiane delle due mappature differenti ed essa evidentemente risulta una gaussiana molto piu' larga dell'originale. Abbiamo allora allargato l'inviluppo della curva di coppia del propulsore, pur mantenendo consumi e cilindrata totale identici.

Regards,

Francesco 8)))

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Dimenticavo, in un motore in cui ci sono quattro cilindri specializzati per la potenza e quattro cilindri specializzati per la coppia, in un motore in cui le cilindrate, le forme delle camere di scoppio e i bracci delle manovelle dell'albero motore sono differenti, allora viene anche facile pensare a due distinti rapporti di compressione per i pistoni di potenza e per i pistoni di coppia. Naturalmente anche i rapporti di compressione sono pensati in funzione della loro funzione specifica, e cioe' massimizzare la coppia per gli uni e massimizzare la potenza per gli altri.

Regards,

Francesco 8)))

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Motron85:

Una domanda... come fai a collegare fra loro due cilindri con corsa del pistone diversa? hai bisogno di albri motori ditinti e quindi di un riduttore per sincronizzarli?

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Ciao egregissimo! colgo l'occasione per farti gli auguri!

Dunque, no la cosa e' piu' semplice di quanto sembri:

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   +---+     

Sullo stesso albero motore ci sono perni di manovella montati ad altezze differenti.

Best regards a te, ed auguronissimi

Francesco 8)))

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Ciao egregissimo! Ti ho risposto, anche se purtroppo la figura e' venuta molto male.....

Comunque sullo stesso albero ci sono bracci con altezze differenti (quattro a quattro uguali). Non c'e' vibrazione perche' non c'e' sbilanciamento, a tutti gli effetti sono due quattro cilindri montati in serie sullo stesso albero, dunque le forze del primo e del second'ordine sono come quelle dei quattro cilindri.

I rapporti di compressione rimangono differenti perche' le testate vengono concepite differenti.

AUGURONI

Best regards,

Francesco 8)))

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Considera anche le seguenti evidenze:

1) Non e' un caso che in accelerazione al via venga impostato un programma diverso dal normale Traction Control. Infatti e' stato scoperto che si puo' sorpassare il limite del coefficiente di attrito statico per un valore intorno al 7% per produrre la massima accelerazione

2) Qui si sta parlando di curve lente e lentissime, curve in cui la vettura ha una velocita' compresa tra i 70Km/h ed i 120Km/h. L'aereodinamica in queste condizioni conta poco o nulla.

3) La curva di coppia e' normalmente poco uniforme ed anche abbastanza stretta. Questo significa che, contrariamente a quello che avviene in frenata dove la decelerazione e' pressocche' costante, l'accelerazione invece avviene in modo disomogeneo, lentamente quando il motore e' giu' di giri e in modo violento quando il motore entra in coppia (ecco perche' c'e' bisogno del traction control). Dunque avere una distribuzione con due picchi di coppia corrisponde ad avere una accelerazione un po' piu' omogenea e costante in tutte le curve lente, magari anche con un minore inserimento del traction control. Io valuto che il guadagno nelle curve lente e lentissime sia considerevole, circa 2-3 decimi per ogni curva lenta.

4) L'evidenza di quanto dico si puo' rilevare anche in un semplice composition-movie. Supponiamo che la vettura abbia una accelerazione pari alla decelerazione che subisce in frenata. Allora risulta evidente che, componendo una simulazione con tale metodo, in uscita dalla curva la vettura risulta molto piu' performante rispetto al filmato con la vettura originale.

5) L'evidenza della differenza di decelerazione tra la frenata (decelerazione costante) e l'accelerazione (accelerazione assolutamente incostante) risulta dal fatto che se non vi fosse differenza allora in frenata si necessiterebbe di un sistema di brake-control al pari di quello del traction-control per l'accelerazione. Cosa che non avviene affatto.

Regards,

Francesco 8)))

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In un motore plurifrazionato standard, la coppia c'e' ed e' addirittura troppa, ma solo in un ristretto numero di giri. Ecco perche' c'e' il Traction Control, perche' in quel ristrettissimo numero di giri la coppia e' addirittura troppa. Prima e dopo essa diventa troppo poca. Ecco perche' io penso che sia molto utile specializzare quattro pistoni (e quattro cilindri) per la coppia a basso numero di giri (per una F1 io intendo un picco intorno ai 12000 giri motore ed un altro picco intorno ai 16000 giri/min).

Qui non posso fare il disegno perche' non viene, ma con un motore standard la coppia e' la sezione di una tenda di un circo, con la parte piu' alta che non puo' neanche venire sfruttata, perche' e' troppo alta (ecco che in quel caso interviene il Traction Control).

Con un motore 8 cilindri 4+4, la curva di coppia diventa la sezione di un doppio tendone di circo con le punte unite assieme. Le punte saranno meno alte, ma la sezione della curva e' molto piu' larga e, soprattutto, puo' essere sfruttata molto meglio.

Piu' precisamente il valore quadratico medio della coppia in un 4+4 risulta un po' maggiore del valore quadratico medio della coppia di un 8.

Regards,

Francesco ))

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Dimenticavo di concludere che poiche' il valore quadratico medio della coppia in un 4+4 e' migliore, risulta parimenti migliore la Pressione Media Effettiva (PME) del motore 4+4.

Ne guadagna dunque anche il consumo specifico ed il rendimento, per cavallo espresso.

E' molto facile dimostrarlo con due calcoli.

Regards,

Francesco 8)))

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In un motore plurifrazionato standard, la coppia c'e' ed e' addirittura troppa, ma solo in un ristretto numero di giri. Ecco perche' c'e' il Traction Control, perche' in quel ristrettissimo numero di giri la coppia e' addirittura troppa. Prima e dopo essa diventa troppo poca.

E diciamolo: tagliare la coppia (e la potenza) con il tracion control e' un metodo antidiluviano per controllare un motore. Molto meglio sarebbe avere una coppia massima molto meno elevata ma quasi costante in un arco di un numero di giri molto maggiore. Sotto schematizzo la situazione:

^ Nm (coppia)
|
| Legenda: (*) Curva standard 8            *
|          (°) Curva 4+4                  * *
| PC: Picco dei pistoni di coppia         * *
| PW: Picco dei pistoni di potenza       *PW *
|                                       * °°  *
|-------------------------------------°*°°--°°°*------
| Tracion control       PC          °°*        °°*
|                       °        °°° *           °*°
|                      ° °    °°°   **             *°°     
|                     °   °°°°    **                **°
|                   °°         **                    **°
|                °°°        ***                        **
|            °°°°        ***                             
|        °°°°        ****
+-|----|----|----|----|----|----|----|----|----|----|----> giri/min
 8000  |  10000  |  12000  |  14000  |  16000  |  18000
      9000     11000     13000     15000     17000

Ecco perche' io penso che sia molto utile specializzare quattro pistoni (e quattro cilindri) per la coppia a basso numero di giri (per una F1 io intendo un picco intorno ai 12000 giri motore ed un altro picco intorno ai 16000 giri/min).

Come si vede con un motore standard la coppia e' la sezione di una "tenda di un circo", con un picco unico, dove la parte piu' alta che non puo' neanche venire sfruttata, perche' e' troppo alta (ecco che in quel caso interviene il Traction Control).

Con un motore 8 cilindri 4+4, la curva di coppia diventa la sezione di un "doppio tendone di circo" con due punte unite assieme. Le punte saranno meno alte, ma la sezione della curva e' molto piu' larga e, soprattutto, puo' essere sfruttata molto meglio. L'ideale sarebbe che la curva fosse simile ad una sezione di trapezio scaleno, ma naturalmente questo e' il limite teorico ideale.

Diciamo che inoltre la curva del 4+4 cosi' concepito deve avere un valore "quadratico medio" della coppia che risulti un po' maggiore del valore quadratico medio della coppia di un 8.

Regards,

Francesco ))

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Dimenticavo di concludere che poiche' il valore quadratico medio della coppia in un 4+4 e' migliore, risulta parimenti migliore la Pressione Media Effettiva (PME) del motore 4+4.

Ne guadagna dunque anche il consumo specifico ed il rendimento, per cavallo espresso.

E' molto facile dimostrarlo con due calcoli.

In pratica si potrebbero realizzare dei motori a scoppio a benzina 16 valvole che hanno molta piu' coppia in basso (similmente ai diesel) e in questo modo si consumerebbe anche abbastanza di meno in citta', perche' il rendimento e' migliore.

Regards,

Francesco 8)))

[TonyH]

E certo che il problema della trazione è quello delle gomme.

E in frenata il problema è minore perchè la potenza frenante è ripartita su QUATTRO gomme. Mentre in accelerazione se ne usano solo DUE.

[Guest frallog]

Non sono d'accordo diabolik82. Per il trasferimento del carico in frenata si usano praticamente solo le due anteriori, parimenti in accelerazione si usano solo le due posteriori.

Regards,

Francesco 8)))

[TonyH]

Il trasferimento di carico dipende dalla disposizione delle masse attorno al baricentro. E le F1 hanno la maggior parte della massa attorno al baricentro. Quindi i trasferimenti di carico sono minimi.

E anche tenendo conto del trasferimento di carico mai la distribuzione della forza frenante viene mandata completamente all'avantreno. C'è sempre un 20-25% nelle ruote posteriori (e non mi stupirei che le F1 usassero una ripartizione vicina al 50-50). Che quindi partecipano anche loro alla frenata, innalzando il limite del momento frenante applicato prima del bloccaggio.

[Guest frallog]

Guarda, con tutto il rispetto, per quello che so' il baricentro di una F1 non e' per nulla a mezzo degli assi delle ruote. Inoltre che io sappia il trasferimento di carico si ha comunque, ed in maniera corposa. Prova evidente e' che si inchiodano sempre le ruote anteriori e mai quelle posteriori. Comunque ammesso che ci sia un 25% di differenza, la differenza tra l'accelerazione e la decelerazione e' assolutamente molto piu' netta, basta guardare da profani i "g" sprigionati in accelerazione ed in decelerazione su una trasmissione di un GP.

Regards,

Francesco 8)))

[Regazzoni]

Non sono d'accordo diabolik82. Per il trasferimento del carico in frenata si usano praticamente solo le due anteriori, parimenti in accelerazione si usano solo le due posteriori.

Regards,

Francesco 8)))

In frenata la macchina è tenuta a terra dalla portanza delle ali: l'aderenza è molto più elevata a 250 all'ora che a 50. In accelerazione conta solo il peso dell'auto.

In frenata frenano 4 pneumatici e il trasferimento di carico in un auto bassa come la formula uno è molto limitato, vista l'altezza dle baricentro: in pratica non ci sono a terra il doppio delle gomme ma quasi.

LO stesso limitato trasferimento di carico (che avvantaggia in frenata) svantaggia in accelerazione poichè non è così elevato il carico che si trasferisce alle ruote posteriori per aumentarne il grip.

In accelerazione spesso l'auto è in curva: questo significa che le ruote anteriori oppongono maggiore resistenza, significa che la macchina non è dritta e quindi l'acceleratore deve essere dsato di più per non intraversare la macchina. In frenata la macchina viene tenuta il più possibile dritta e se c'è bisogno di curvare, prima si frena e poi si curve, senno si gira come trottole.

In frenata la resistenza dell'aria aiuta e aumenta l'effetto frenante, in accelerazione è l'esatto opposto.

Spero che ti bastino come argomenti per spiegare perchè in accelerazione le F1 "sembrano" lente.

Questa è una risposta alla sola parte iniziale del tuo messaggio.

Il resto richiederà qualche ora di lettura.

Magari non accumulare troppi argomenti tutti insieme in futuro: c'è il richio che non ti si riesca a leggere e quindi che non se ne parli.

[Roby]

Non sono d'accordo diabolik82. Per il trasferimento del carico in frenata si usano praticamente solo le due anteriori, parimenti in accelerazione si usano solo le due posteriori.

Regards,

Francesco 8)))

Frallog, d'accordo per il trasferimento di carico, le ruote anteriore saranno molto più sollecitate, ma non si può negare che anche le ruote posteriori frenino, dando un contributo non trascurabile. In accelerazione invece, le ruote anteriori sono solo ed esclusivamente direzionali.

[Regazzoni]

1) Mappatura della centralina variabile.

Io penso che con le attuali tecniche satellitari (GPS e futuro GPR europeo), si possa far conoscere alla centralina la parte del circuito in cui ci si trova. Allora la centralina identifica le parti veloci del circuito e imposta una data mappa per la massima potenza, oppure le parti lente del circuito dove invece carica una mappa per la massima coppia.

Regards,

Francesco 8)))

Questo è già possibile e probabilmente è già attuato, ma è vietato perchè è un controllo attivo della trazione (non comandato neppure dal pilota).

Magari lo fanno (anche senza GPS) ma non si può.

[Guest frallog]

Ok grazie. Pero' ci sono delle evidenze come le ruote anteriori che si inchiodano in frenata (e mai quelle posteriori) che sembrano supportare il fatto che ci sia un corposo trasferimento di carico sull'anteriore.....

Per quello che riguarda la portanza io ho parlato esplicitamente di curve lente e di chicane lente.

Grazie comunque.

Regards,

Francesco 8)))

[neogene]

Semplicemente si bloccano maggiormente quelle anteriori perchè la maggior parte della potenza frenante è sull'anteriore. Penso che siamo a livelli di 70-30 circa... Se noti sotto la pioggia la ripartizione frenata è maggiore sul posteriore e si possono avere dei problemi. Inoltre in caso di frenata con la macchina non perfettamente diritta anche la posteriore può andare a bloccarsi.

I piloti hanno inoltre una modulabilità del pedale del freno molto maggiore di quello dell'acceleratore (non che non modulino, anzi...).

Altri commenti aggiuntivi... la potenza frenante è molto maggiore della potenza del motore /già su auto come carrera gt ed enzo si parla di oltre 2000cv di potenza frenante).

ciao!!