Benvenuto in un nuovo approfondimento a cura del Setup and Telemetry Specialist UniSimRacing Massimo Zecchinelli in cui affronteremo un argomento controverso del Setup: pressioni e temperature gomme e freni nel SimRacing (parte 1).
Nel motorsport reale, le gomme sono di gran lunga le componenti più importanti su qualsiasi auto da corsa.
Comprendere il loro comportamento è una delle maggiori priorità per qualsiasi ingegnere che lavora nel campo delle corse automobilistiche.
L'importanza di Pressioni e Temperature nel SimRacing
In questo, il mondo del SimRacing non fa differenza.
Anche se, per quanto siano alti oggi i livelli di simulazione sui vari titoli disponibili, non è possibile simulare perfettamente il comportamento degli pneumatici.
Tuttavia, con l'aiuto della telemetria e i sistemi di acquisizione dati (MoTeC), e l'utilizzo di alcune semplici tecniche, è possibile comprendere meglio gli pneumatici ed individuarne le prestazioni per ottimizzarne le impostazioni.
Pressione e temperatura degli pneumatici sono importanti anche per i Piloti.
Quindi, è bene fare subito chiarezza, capire come funzionano e quale sia la correlazione tra loro.
Entriamo nel vivo dell'approfondimento.
Come vengono gonfiate le gomme
Il rapporto tra temperatura e pressioni di esercizio è piuttosto diretto ed è fondamentale per garantire prestazioni ottimali in pista.
Di norma, quando la temperatura di esercizio di un pneumatico aumenta, aumenta anche la pressione al suo interno.
Cerchiamo di capire il perché, partendo col dire che gli pneumatici vengono gonfiati con una miscela al 90% di azoto.
L'azoto è un gas che può comportarsi come un gas ideale in molte situazioni, specialmente a temperature e pressioni moderate.
La formula matematica dei gas ideali
Sapere che l'azoto può essere considerato come un gas ideale, ci permette di utilizzare la formula matematica della rispettiva legge:
p * V = n * R * T
- p= Pressione del gas.
- V= Volume occupato dal gas
- n= Quantità di gas in moli
- R= Costante dei gas ideali
- T= Temperatura in Kelvin
La legge dei gas perfetti esprime una relazione proporzionale tra la pressione, il volume, la temperatura e la quantità di gas.
In altre parole, se conosciamo tre di questi parametri, possiamo calcolare il quarto.
La legge può essere espressa in vari modi.
Se, per esempio, il volume è costante, come nel caso di un contenitore chiuso, come proprio uno pneumatico, la legge dei gas perfetti può essere riscritta come:
T1/P1 = T2/P2
- T1/P1= Temperature e Pressioni Iniziali
- T2/P2 = Temperature e Pressioni Finali.
Quando la temperatura del gas all'interno delle gomme aumenta, ad esempio durante la guida, o in condizioni atmosferiche calde, T2 sarà maggiore di T1.
Perciò, se assumiamo che il volume delle gomme rimanga costante, la legge dei gas perfetti suggerisce che la pressione del gas (P) all'interno della gomma, aumenterà all'aumentare della temperatura.
Simulazione del comportamento chimico dell'azoto
Questo è un fenomeno che, ad esempio, può portare all'aumento della pressione dei pneumatici in condizioni meteo calde.
In pratica, l'aumento della temperatura fa sì che le particelle di gas si muovano più velocemente e colpiscano le pareti dello pneumatico con maggior frequenza, aumentando così la pressione.
Come è possibile apprezzare dalla simulazione, quando la temperatura è bassa, le particelle di gas si muovono in maniera molto lenta, facendo abbassare le pressioni dello pneumatico.
Viceversa, quando le temperature del gas aumentano, le particelle si muovono più velocemente, andando ad aumentare la pressione interna della gomma.
Perciò, ora sappiamo che con l'aumentare della temperatura dello pneumatico, come durante la guida (a causa della deformazione elastica e viscosa dello pneumatico stesso e dell'attrito con la strada), la prima diretta conseguenza è un innalzamento diretto della pressione.
Questo è dovuto al comportamento delle particelle di gas che si espandono e si muovono più rapidamente, aumentando così la pressione contro le pareti dello pneumatico.
Conseguenze a livello di guida
Ma cosa succede a livello di handling e di sensazioni di guida, nel contesto delle sospensioni?
La gomma viene considerata come una molla aggiuntiva che lavora in serie con la molla vera e propria della sospensione stessa.
Le sospensioni sono progettate per assorbire gli urti provenienti dalla pista e per mantenere le ruote in contatto con il terreno, in modo da garantire al tempo stesso prestazioni, aderenza, trazione e giuda sicura.
Tradizionalmente, le sospensioni sono dotate di molle ed ammortizzatori per gestire il movimento verticale delle ruote.
Quando una ruota, ad esempio, colpisce un cordolo o un'asperità sulla pista, la molla della sospensione si comprime per assorbire l'energia dell'impatto.
In questo contesto, la gomma stessa ha un certo grado di elasticità che le consente di deformarsi e assorbire parte dell'energia dell'impatto, agendo come una molla.
Pertanto, oltre alle molle tradizionali, la gomma viene considerata come una molla aggiuntiva proprio perché offre un ulteriore livello di elasticità e assorbimento degli urti.
Poiché la gomma è un materiale elastico, può deformarsi durante l'impatto e tornare alla sua forma originale, aiutando a ridurre la trasmissione di vibrazioni e urti al telaio.
Quindi, quando si parla della gomma come una molla aggiuntiva in serie, si fa riferimento proprio a questa sua capacità.
Correlazione tra rigidità di molle e gonfiatura degli pneumatici
Alla luce di quanto appena esposto, una gomma più sgonfia avrà pertanto l'esatto comportamento di una molla morbida.
Le pareti e la spalla andranno in sofferenza nel gestire il trasferimento di carico laterali, e rendendo lo pneumatico più deformabile.
Ci sarà più gomma a terra per una migliore capacità di trazione, ma anche un maggiore attrito tra la gomma, la pista e all'interno dello pneumatico stesso.
Tutto questo genera calore, aumentando la temperatura della gomma e quindi la pressione interna.
Al contrario, una gomma più gonfia donerà più rigidezza e reattività alla monoposto, grazie a delle pareti e una spalla più forti che resisteranno maggiormente alle deformazioni.
In questo caso, ci sarà una minore impronta a terra, diminuendo in parte il grip e la capacità di trazione, oltre che le temperature di esercizio.
Ad esempio, se la molla della sospensione è morbida ma la gomma è molto gonfia, la combinazione può portare a una sensazione di guida più rigida e reattiva.
La morbidezza della molla può consentire una maggiore compressione durante l'assorbimento degli urti ed un maggiore trasferimento di carico.
La pressione elevata della gomma può contribuire ad una migliore risposta, ma ad un aumento del rischio di perdita di trazione, specialmente nelle curve lente dove è richiesta una grande impronta a terra dello pneumatico con la superficie della pista.
Bene, siamo giunti al termine della prima parte di quest'articolo.
Nella seconda parte, che troverai a breve cliccando sul pulsante in basso, approfondiremo le Temperature delle Gomme e dei Freni.
In più, faremo degli esempi pratici relativi a tutto ciò che abbiamo detto e che diremo successivamente.
A tra poco e ricorda che Top Driver, si Diventa!