Pressioni Gomme e Condotti Freni nel SimRacing

In questo nuovo articolo realizzato dal nostro Setup and Telemetry Specialist Massimo Zecchinelli, andiamo nel dettaglio su: Pressioni delle Gomme e Condotti dei Freni nel SimRacing

Se è vero che ogni singolo parametro che compone un setup è importante, nulla è fondamentale come gli pneumatici. 

Perché puoi avere le sospensioni settate alla perfezione, il miglior telaio, il motore più potente, l’aerodinamica più efficiente, ma se gli pneumatici lavorano male, tutte queste cose non ti serviranno a molto, perché tutta la potenza ed il carico che questi producono devono poi comunque essere “scaricati” a terra dagli pneumatici.

E quando si parla di pneumatici, la prima cosa a cui vengono associati sono le temperature ed alle pressioni, perché entrambi questi parametri possono modificare tantissimo il comportamento in pista della monoposto, nonché l’usura ed il grip disponibile degli pneumatici stessi.

Iniziamo quest'approfondimento su pressioni gomme e condotti freni nel SimRacing...

...proprio dalle pressioni:

La pressione di uno pneumatico è misurata in libbre per pollice quadrato (PSI) ed indica la quantità di aria all'interno della camera d'aria dello pneumatico. 

Uno pneumatico troppo gonfio ha la tendenza a scoppiare, perdere un po' d'aria e sentirsi super duro in termini di comfort di guida.

Allo stesso modo, uno pneumatico sgonfio è più elastico e morbido ma aumenterà significativamente l’usura della gomma stessa.

Anche un solo singolo PSI di pressione sopra o sotto il numero ottimale può costarti 5-6 decimi di secondo in termini di tempi sul giro.

Lo pneumatico sgonfio (under inflated), ha un profilo in cui le parti interne ed esterne sono più a contatto con il suolo rispetto a uno pneumatico corretto o troppo gonfio (over inflated).

Lo pneumatico troppo gonfio, al contrario, ha pochissime parti interne ed esterne a contatto con il suolo e la piccola area di contatto è, in pratica, l’unica parte che poggia sull’asfalto.

Nello pneumatico correttamente gonfiato, la parte centrale è a contatto con il suolo, ma ha più sezioni della parte interna ed esterna dello pneumatico rispetto a quello troppo gonfio.

La parte dello pneumatico che tocca l’asfalto, è la cosiddetta contact patch (o impronta a terra), vale a dire quella zona appiattita della gomma che è schiacciata con forza a terra dal peso dell'auto e della down-force, il punto in cui lo pneumatico è a diretto contatto con l’asfalto. 

Chiaramente più l’impronta a terra è larga, maggiore sarà il grip che avremo a disposizione, per questo è fondamentale avere una contact patch il più grande possibile.

Per quanto riguarda ACC, i fattori più critici che contribuiscono ad una pressione ottimale degli pneumatici includono il tempo, la temperatura della pista, la temperatura dell'aria e la temperatura dei freni.

Se riesci ad ottenere la giusta pressione per i tuoi pneumatici, sarai in grado di massimizzare le prestazioni della tua auto e renderti la vita molto più semplice. 

In parole povere, la pressione ottimale è la pressione degli pneumatici che devi avere quando inizi un giro caldo (in qualifica) o la pressione degli pneumatici che devi mantenere in gara.

La corretta finestra operativa delle pressioni (ovvero l’intervallo entro il quale le pressioni stesse devono trovarsi per considerarsi ottimali) è piuttosto ampia: infatti dopo l’ultimo aggiornamento il range operativo ottimale va dai 26 psi ai 27psi con lo sweet spot a 26.64.

In linea di massima, pressioni più basse doneranno più flessibilità allo pneumatico: la trazione sarà migliore, ma la gomma tenderà a deformarsi di più generando più calore.

Pressioni più elevate renderanno più rigida la spalla dello pneumatico, per cui l’auto sarà più precisa e si genererà meno calore.

Valori più bassi (quindi vicini ai 26 psi) renderanno gli pneumatici più flessibili con la possibilità di controllarne lo slittamento (favorendo in un certo senso la rotazione dell’auto), mentre valori più alti (intorno ai 27 psi) garantiranno più stabilità alle basse velocità.

Sebbene sia possibile utilizzare diverse pressioni sull'asse anteriore e posteriore per stabilizzare o migliorare la rotazione dell'auto, è fondamentale cercare di mantenere le pressioni più o meno uniformi tra l’asse anteriore e quello posteriore: se ad esempio hai pressioni più alte all’anteriore e più basse al posteriore, la stabilita dell'auto ne risentirà, rendendola di fatto più difficile da gestire. 

Tieni a mente una cosa fondamentale: i valori di PSI che scegli quando sei ai box, sono i cosiddetti PSI a freddo, ovvero il valore con il quale partirà l’auto una volta in pista e che poi andrà ad aumentare durante le varie tornate. 

Devi, pertanto, fare in modo che dopo due o tre giri le pressioni si attestino sui corretti valori, perché impostare pressioni errate vorrebbe dire vanificare tutto il lavoro che hai svolto sul setup.

Avere gomme troppo gonfie o troppo sgonfie, vuol dire avere una zona di contatto dello pneumatico con la pista non ottimale, con una gomma che in questo modo lavorerà male e non ti permetterà di esprimere tutto il tuo potenziale:

Non avere MAI FRETTA quando si tratta di impostare al meglio le pressioni dei tuoi pneumatici, oppure in pista durerai il tempo di un gatto in tangenziale!

Perciò, prima di modificare ogni altro parametro, effettua tre o quattro giri ad un buon ritmo ma senza spingere al massimo, così da verificare le tue pressioni per capire se hai bisogno di gonfiare (o sgonfiare) le gomme fino ad un valore di partenza che ti permetta di raggiungere la pressione ottimale nel giro di tre o quattro tornate.

Come abbiamo detto, le pressioni da utilizzare sono influenzate sia dalla temperatura dell’aria che da quella dell’asfalto: una gara che si corre sotto il sole con 35 gradi nell’aria e con 40 gradi sull’asfalto, richiederà pressioni di partenza a freddo inferiori rispetto ad una gara con cielo nuvoloso dove la temperatura dell’aria è di 18° e con la temperatura dell’asfalto che non raggiunge i 25°

Perciò, se sai che è probabile che la pista si raffreddi durante uno stint, perché ad esempio l'orario di inizio della gara è nel tardo pomeriggio ed il sole tramonterà a breve, allora potrebbe essere utile impostare le pressioni un po' più alte all'inizio dello stint in modo che quando l’asfalto e l’aria si raffredderanno, gli pneumatici non usciranno dalla finestra di pressione ottimale.

Indicativamente, per ogni variazione di un grado Celsius della temperatura ambiente (in più o in meno), le pressioni degli pneumatici vanno aumentate (in caso di un grado in meno di temperatura) o diminuite (in caso di un grado in più di temperatura) di 0,1 PSI.

Introduciamo in quest'approfondimento relativo a pressioni gomme e condotti freni proprio questi ultimi.

Anche i condotti dei freni entrano in gioco quando si tratta di trovare il giusto valore di pressione degli pneumatici, ma questo lo vedremo più avanti.

Concentriamoci ora sull’altro aspetto fondamentale degli pneumatici: le temperature.

Le temperature di cui dobbiamo tenere conto sono:

1) Temperatura interna (carcassa), questa temperatura viene misurata dall'interno dello pneumatico, normalmente grazie all’ausilio di un sensore. Questi tipi di temperature non sono molto dinamiche e sono fortemente influenzate dalle temperature dei freni. 

2) Temperatura di superficie (questa temperatura viene misurata dagli strati esterni dello pneumatico, ovvero quelli a diretto contatto con la pista). Di norma viene rilevata da una sorta di sensore a infrarossi all'esterno dell'auto. Le temperature di superficie sono ALTAMENTE dinamiche e possono cambiare di 20-40 gradi nel corso di una curva (raggiungendo anche picchi di 120°) così come scendere fino a 50° durante i lunghi rettilinei! Con il software di telemetria è possibile verificare la temperatura di superficie durante tutto il giro.

Una volta illustrati i vari di tipi di temperatura, vediamo i tre modi principali in cui uno pneumatico generi calore.

Quando si parla di calore, è utile rappresentarlo mentalmente come energia.

Quando metti energia nello pneumatico, quell'energia si manifesta nella forma come energia termica, ovvero calore. 

1) Generazione di calore dell'angolo di slittamento (slip angle)

In questa immagine puoi notare che è presente una direzione in cui è puntato lo pneumatico ed una traiettoria verso la quale è diretta l'auto.

L'angolo che si forma tra questi due vettori di velocità è l’angolo di slittamento.

L’area di contatto evidenziata in cui lo pneumatico è a contatto con la pista è nota come contact patch e, come si può vedere dalle linee del battistrada, mentre lo pneumatico si muove attraverso quell'area di contatto, il battistrada si deforma.

Questa deformazione dello pneumatico fa sì che si generi della energia che viene poi immessa nella gomma, energia che altro non è se non calore.

Il diagramma seguente è una tipica curva dell'angolo di slittamento.

L'asse X è l’angolo di slittamento mentre l'asse Y è la forza di trazione laterale prodotta da questo angolo di slittamento.

Partendo da un basso angolo di slittamento si può notare c’è un andamento lineare tra la forza di trazione laterale e l’angolo di slittamento, questa zona della curva del grafico è chiamata regione elastica lineare dello pneumatico.

Spostandosi più verso destra, la curva diventa non lineare e inizia ad appiattirsi, questa è la zona non lineare dello pneumatico: quando si dice "al limite" ci si riferisce proprio a questa regione della curva di slittamento.

L'obiettivo di ogni pilota è di guidare la monoposto il più vicino possibile al picco di forza di trazione laterale, perché vuol dire produrre il maggior numero di G in curva.

Ad ogni modo, nessun pilota è perfetto: normalmente sarà leggermente al di sopra o leggermente al di sotto del picco.

Immaginiamo un pilota che utilizzi un eccessivo angolo volante e porti la monoposto oltre il picco massimo come nel diagramma seguente:

Si nota come il pilota dell’esempio produca 950 N di forza di trazione laterale con 8° di angolo di slittamento ed il relativo calore generato (l’area rossa al di sotto della curva).

Confrontiamo ora questo pilota più aggressivo con un pilota più pulito e più tecnico nello stile di guida, ipotizzando che i tempi sul giro siano gli stessi per entrambi.

Il diagramma del secondo pilota è il seguente:

Il pilota “più tecnico” sta producendo comunque 950 N di forza di trazione laterale, ma lo sta facendo con soli 4° di angolo di slittamento invece di 8°. 

Per cui, analizzando l’area rossa al di sotto della curva, è chiaro come il pilota più tecnico produca minore energia, immettendo quindi meno calore negli pneumatici, mantenendo temperature di esercizio più basse preservandone la durata.

Bene, stai capendo i concetti espressi in quest'approfondimento su pressioni gomme e condotti freni nel SimRacing?

Se sì, proseguiamo con la lettura.

2) Calore da deformazione (Strain Energy Loss): è risaputo che uno pneumatico è composto principalmente da mescole di gomme, pertanto altamente deformabile, e che viene continuamente compresso e rilassato in numerose situazioni come ad esempio il passaggio sui cordoli. 

La quantità di deformazione dipende dalla pressione interna dello pneumatico: quando questo è compresso, le molecole al suo interno scontrano tra di loro causando un certo accumulo di energia (e calore).

Quando lo pneumatico è rilassato, una parte di quell'energia viene rilasciata.

Tuttavia, la quantità di energia che viene immagazzinata quando uno pneumatico viene compresso, e la quantità di energia che rilascia successivamente una volta rilassato, non è uguale.

Infatti, viene immagazzinata più energia in compressione rispetto a quella dispersa quando lo pneumatico è rilassato, e questo significa che nel tempo l'energia (calore) nello pneumatico si accumula nel tempo ogni qualvolta venga compresso. 

Si nota come la quantità di energia che tratteniamo in compressione è maggiore dell'estensione, l'area in viola all’interno del ciclo di compressione ed estensione dello pneumatico è la quantità di energia accumulata che avremo per un singolo ciclo.

Poiché si tratta in gran parte di una relazione chimica, l'accumulo di energia di sollecitazione e deformazione differisce nettamente da una mescola all'altra.

3) Irradiazione di calore del freno (Brake Heat Radiation): come sappiamo bene, all’interno del cerchio dello pneumatico, abbiamo l’impianto frenante, composto da un disco del freno con una pinza al centro. 

In Termodinamica esiste un concetto chiamato trasferimento di calore, come la pressione che cerca sempre di fluire dall'alta alla bassa pressione: le temperature amano fluire dalle temperature più alte a quelle basse.

Maggiore è la differenza tra due temperature, più rapido sarà il trasferimento di calore.

Se immaginiamo che il gruppo freno può diventare MOLTO caldo (700°C), e che la temperatura interna del nostro pneumatico è solo 80-95°C questo crea una differenza di 550°C!

Quindi, abbiamo molto trasferimento di calore dal gruppo freno allo pneumatico. 

Ciò provoca due cose: un leggero aumento della temperatura interna dello pneumatico e un forte aumento della pressione.

Ecco perché quando chiudiamo i condotti dei freni spesso vediamo un aumento della temperatura interna degli pneumatici!

Questo fenomeno appare come nell’immagine seguente.

Le frecce rosse indicano la direzione del trasferimento di calore, un concetto importante da sapere è che se la temperatura interna del nostro pneumatico è 80-90°C, che è anche più calda della temperatura dell'aria ambiente in genere, significa che avremo un trasferimento di calore dal pneumatico all'ambiente circostante.

Aria, ecco perché a volte nelle gare più fredde è più difficile mantenere la temperatura negli pneumatici, perché il delta tra la temperatura interna dello pneumatico e l'aria circostante è maggiore! 

Quindi cosa possiamo fare?

Aumenta il trasferimento di calore dal freno chiudendo il condotto!

E parlando proprio di condotti dei freni, questi regolano il raffreddamento degli stessi (e quindi degli pneumatici) durante il loro utilizzo. 

L’impostazione 0 corrisponde ad un condotto del freno chiuso con conseguente innalzamento delle temperature (superiori a 1000° C) dei freni: viceversa un valore a 6 indica un condotto dei freni completamente aperto, che raffredderà al massimo sia i dischi che le coperture, specie lungo i tratti rettilinei.

E’ infatti importante notare che il condotto dei freni non controlla solo la temperatura di picco dei freni ma, soprattutto, determina il modo in cui il calore viene dissipato dopo aver rilasciato i freni.

Questo vuol dire che la temperatura in eccesso che non viene smaltita, andrà a riscaldare per irradiazioni anche i tuoi pneumatici! 

Perciò sfrutta a pieno questa caratteristica in relazione alle condizioni atmosferiche ed alle temperature di aria e asfalto!

Inoltre i condotti dei freni influiscono anche sulla piattaforma aerodinamica dell'auto poiché più sono aperti, maggiore è la resistenza introdotta.

Un valore del condotto del freno più alto porterà a una velocità massima di solito inferiore rispetto a un valore inferiore.

Indicativamente, per ogni click in più del valore dei condotti freni (quindi quando li stiamo aprendo), avremo una riduzione delle pressioni degli pneumatici di 0,2 PSI.

Il che vuol dire che se invece li chiudiamo, per ogni click in meno avremo un aumento delle pressioni di 0,2 PSI.

Se non utilizzi la telemetria, puoi utilizzare il widget apposito.

In generale, i freni dovrebbero essere sempre verdi per fornire prestazioni ottimali.

Il rosso indicherà che i freni sono troppo caldi.

Il blu troppo freddi.

Bene, siamo giunti alla conclusione di quest’articolo in cui ti abbiamo mostrato un approfondimento sulle Pressioni Gomme e sui Condotti dei Freni nel Motorsport e nel SimRacing.

Ma attenzione, perché se credi che ciò sia la causa per cui prendi 2-3 o più secondi dai TOP sui simulatori nei quali guidi, ti stai sbagliando di grosso!

Per essere competitivi e lottare per la vittoria, in qualsiasi simulatore (che sia ACC, iRacing, rFactor 2 o RaceRoom non fa differenza), devi imparare ad usare le Tecniche di Guida!

Senza conoscere ed applicare bene le basi di guida, farai tanta, tanta fatica e non riuscirai mai a battere i tuoi rivali.

Ecco perché é necessario che tu inizi un percorso che ti consentirà di girare forte e senza paura di commettere errori.

Ma la buona notizia è che questo viaggio puoi farlo con noi di UniSimRacing!