Simulazione del "Best Lap Time” di una vettura di Formula 1 - PARTE 1 - FUNOANALISITECNICA F1ANALISITECNICA
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Simulazione del "Best Lap Time” di una vettura di Formula 1 - PARTE 1

Negli ultimi anni, grazie all'assenza dei test in pista, in Formula 1 si è fatto un gran parlare di simulatori, più o meno sofisticati o più o meno costosi.

Innanzitutto è bene fare una distinzione di base sui simulatori: gli emulatori e i veri e propri simulatori.



Gli emulatori sono quei software che da bambini/ragazzi tutti noi abbiamo usato nelle sale giochi, alla playstation oppure sui PC casalinghi, cioè software più o meno complessi, costosi e pesanti, il cui unico scopo è, a partire da un modello di vettura identificato ma generico, emulare la guida di una vettura di formula 1 su tutte le piste del campionato mondiale. In tutti questi simulatori, o meglio emulatori, è possibile regolare alcuni parametri dell'assetto della vettura, come per esempio parametri aerodinamici, meccanici (sospensioni e rapporti del cambio) e le gomme attraverso la mescola e la pressione. L'effetto della variazione di tutti questi parametri è poi più o meno discutibile, sensibile e realistico.

Lo scopo principale di questi emulatori, è rendere l'emulazione più realistica possibile in termini grafici, estetici e funzionali (duelli in pista, incidenti, suoni , livello degli avversari ecc), tanto è vero che nel corso degli anni sono aumentate notevolmente le richieste hardware, in termini di RAM, memoria e potenza di calcolo dei processori e delle schede video, necessari per farli girare correttamente e in maniera fluida.


Fanno invece parte dei veri e propri simulatori, i complessi e costosissimi strumenti utilizzati da tutte le case automobilistiche produttori di vetture da competizione.

La differenza fondamentale tra simulatori ed emulatori, sta proprio nel fatto che i simulatori usati in formula 1 hanno lo scopo principale di simulare nel modo più possibile e realistico il comportamento di una vettura vera per dare al pilota un feedback il più vicino possibile alla realtà a scapito eventualmente dell'aspetto grafico ed estetico. In altre parole, il modello di vettura diventa la somma di tanti componenti il cui comportamento viene modellizzato da complicate relazioni matematiche al fine di riprodurre il più realisticamente possibile il comportamento e il feedback che viene trasmesso al pilota che guida.

La seconda differenza fondamentale, tra gli emulatori commerciali e i simulatori adottati dalle squadre di F1, sta nel fatto che in questi ultimi sono realizzati per riuscire a prevedere il comportamento e il feedback di una monoposto prima che questa faccia un solo metro in pista, è possibile quindi sperimentare delle nuove componenti (sia meccaniche che aerodinamiche), che i tecnici studiano e deliberano, prima di costruirli e portarli in pista veramente (con un evidente risparmio di denaro, tempo e risorse).

Questa importantissima funzione è possibile grazie al fatto che il modello (interamente virtuale) di vettura che viene prodotto e il frutto dell'unione di tutte le componenti che questa possiede nella realtà che vengono appunto modellizzare attraverso complicate equazioni matematiche che ne descrivono il comportamento e la loro interazione con il resto della vettura.

La costruzione del modello di una componente beneficia molto dei dati provenienti dagli settori specifici che hanno sperimentato quella componente attraverso la CFD o piuttosto la galleria del vento oppure simulazioni ai banchi dinamici. Per esempio, se si ha intenzione di portare una nuova componente aerodinamica dell'ala anteriore, dopo averla ideata e provata alla CFD e in galleria del vento, si passa poi alla modellazione matematica della componente e delle sue interazioni con il resto della monoposto. Per costruire questo modello ci si basa sui dati sperimentali che sono stati ricavati prima alla CFD e poi in galleria del vento.

Questo aspetto di poter provare l'effetto che la nuova componente produce realmente in pista, anche in termini di feedback di guida, consente il vero e proprio sviluppo della monoposto e consente anche di assettare le monoposto a partire da una configurazione di base, che permette di raggiungere la massima prestazione possibile. Questo lavoro al simulatore consente anche ai singoli piloti di modificare l'assetto di base in funzione del loro personale feedback con la vettura.

Durante i weekend di gara, il lavoro effettuato al simulatore in tempo reale da un pilota collaudatore che rimane in sede, consente di migliorare l'assetto della vettura anche in base alle particolari condizioni meteo presenti, riproducendo anche dati particolari come la temperatura asfalto e il particolare comportamento degli pneumatici, compito quest'ultimo estremamente complesso in quanto da sempre, lo pneumatico oltre ad avere un comportamento abbastanza imprevedibile, ha l'impatto maggiore sia sul comportamento della vettura in pista sia sul livello di performance raggiungibile, in termini di “lap Time”.

Ma quella che noi vogliamo presentare è una terza possibilità di simulazione, quella che consiste nella simulazione del migliore “lap Time” in funzione delle caratteristiche fisiche e prestazionali di una vettura. Questo tipo di simulazione consente di capire quali e quanto i parametri influenzano le prestazioni di una vettura. Per far questo tipo di simulazione è necessario avere a disposizione un software o una serie di programmi capaci di simulare un giro di pista in funzione di una serie di parametri.

In questo tipo di software la componente di guida non viene considerata, cioè il pilota è puramente virtuale, ma serve per analizzare solamente le potenzialità della vettura in funzione di alcuni parametri e valutarne l'effetto della variazione di questi parametri su quello che viene chiamato il “lap Time”.

Il modello di vettura considerato in questa simulazione è una vettura standard, molto semplice che ha i seguenti parametri di base:

  • Massa: 705 kg
  • Potenza 975 CV
  • Passo: 3.525 m
  • Altezza del baricentro dal suolo 0.25 m, cioè 25 cm;
  • Ripartizione aerodinamica e dei pesi anteriore: 47%;
  • Densità dell'aria: 1.225 Kg/m^3
Altri dati numerici e dimensionali sono presenti, ma risultano meno importanti oppure sono dettati dai regolamenti e quindi risultano standardizzati oppure immodificabili.

Un importantissimo parametro è il coefficiente di aderenza tra gomma ed asfalto, questo parametro varia però da pista a pista, in funzione anche della mescola di gomma che viene usata.

La pista che si prenderà in esame è quella di Monza che tutti noi conosciamo e che molti lettori di F1AnalisiTecnica conosceranno anche dal vivo.
E' giusto inoltre fare alcune premesse.

1) Quando si vanno a considerare i coefficienti aerodinamici di deportanza e di resistenza, è maggiormente corretto considerare il prodotto della superficie di riferimento (che per le auto, tradizionalmente, è la superficie frontale) con il coefficiente di deportanza Cz oppure di resistenza Cx. Questo perché la grandezza “superficie di riferimento” è una dicitura puramente convenzionale che niente ha a che fare con la reale misura della superficie frontale del veicolo che può variare in funzione della configurazione utilizzata.
Le famose formule che danno la resistenza e la deportanza aerodinamica che tutti conoscono, vengono infatti ricavate per via dimensionale e non vengono derivate da nessuna considerazione fisica. Quando si parlerà perciò di coefficiente di deportanza o di resistenza, si intenderà sempre il prodotto SCx e SCz.

2) In queste simulazioni fatte non si considereranno i tratti transitori, ne gli effetti dinamici relativi alle variazioni dei coefficiente aerodinamici, cioè per esempio quelle fasi in cui il pilota ruota lo sterzo, toglie il piede dall'acceleratore e frena inoltre il tempo che ci mette per premere a fondo il pedale del freno verrà trascurato.

3) La vettura considerata non ha il cambio, il motore per cui si trova sempre in posizione di massima potenza (questa considerazione è tanto pesante a prima vista, quanto invece realistica per un'auto di Formula 1 che si trova a girare quasi sempre con motore vicino al massimo dei giri motore);

4) Il movimento delle sospensioni non è stato considerato per due motivi fondamentalmente: la totale mancanza di dati su queste componenti, e il fatto che ai fini di una valutazione primordiale delle prestazione il movimento delle sospensioni è trascurabile, ancorchè molto ridotto su una vettura di tipo Formula 1.

5) Il comportamento del KERS è praticamente quasi trascurato se non nella stima molto approssimativa del consumo di carburante, ma non compare in termini di accelerazione.

Sono poi state fatte altre approssimazioni e semplificazioni, che servivano principalmente per riuscire a completare un modello relativamente semplice che servisse a fare alcune considerazioni di carattere generale.

Il circuito viene così modellizzato calcolando le varie grandezze che si sono prese in esame in un elevato numero di punti equi-spaziati di 1 mm, ragion per cui il circuito di Monza che è lungo 5793m viene scomposto in 5 793 000 tratti e vengono così calcolati tutti i risultati in tutti questi tratti. Vengono inoltre considerati ovviamente le variazioni altimetriche (anche se considerate linearmente) e viene modellizzato anche l'effetto del DRS.

FINE PRIMA PARTE .....  CONTINUA .... PARTE 2

Ing. Federico Basile

Cristiano Sponton

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