High Voltage Bring: trasmissione di un veicolo elettrico

Ciao Ringers e buon anno! In questo appuntamento di High Voltage Bring proviamo a rispondere a una delle domande che sono scaturite da uno dei precedenti articoli. Nella presentazione di questa stagione 2017/2018 (http://nordschleife1976.com/high-voltage-bring-2017-fia-formula-e-hkt-hong-kong-e-prix/) abbiamo parlato delle diverse scelte di trasmissione per i costruttori di FE. Qui di seguito un riepilogo delle caratteristiche tecniche, con una correzione rispetto al precedente articolo per quanto riguarda l’architettura del team Virgin (grazie Morok per la precisazione):

Team Motore Tipo Marce
Renault Renault Trasversale 1
Audi Audi Longitudinale 1
Virgin DS Trasversale 3
Mahindra Magneti Marelli (Mahindra) Trasversale 2
Venturi Venturi (McLaren) Longitudinale 3
Andretti BMW Longitudinale 3
NIO NIO Doppio-Trasversale 1
Jaguar Jaguar Longitudinale 2
Dragon Magneti Marelli (Penske) Trasversale 2
Techeetah Renault Trasversale 1

Come giustamente fatto notare in uno dei commenti, il motore elettrico è molto vantaggioso per quanto riguarda la trazione stradale, in quanto per sua stessa natura fornisce una autoregolazione di coppia con la velocità di rotazione e garantisce quindi un ottimo accoppiamento alle ruote traenti di un veicolo per soddisfare le esigenze di una vettura. È noto infatti che uno dei principali problemi del motore a combustione interna (oltre a quello dello scarso rendimento) è la difficoltà dell’accoppiamento con l’utilizzatore finale, per esempio l’asse posteriore di una F1. Innanzitutto, infatti, un MCI ha la necessità di mantenere un regime di rotazione minimo per evitare lo spegnimento; inoltre, per massimizzarne le prestazioni, è necessario che lavori entro un certo range di giri al minuto, così da sfruttare al meglio i picchi di coppia e di potenza. Tali necessità sono chiaramente amplificate per un motore da competizione. Per risolvere i problemi derivanti dall’adozione di un MCI si utilizza un sistema di trasmissione dotato di innesto a frizione e cambio di velocità, che risolve sia la problematica del regime minimo che quella dello sfruttamento delle prestazioni massime.

Di seguito si riporta un grafico con l’andamento delle curve di coppia al variare della velocità di un veicolo, con l’innesto di marce diverse (a destra), affiancato dal grafico con riportata la curva di coppia e di potenza ideale per la trazione stradale (a sinistra):

A causa della discontinuità dei rapporti e della necessità di eseguire il cambio marcia, un MCI non riuscirà mai a seguire perfettamente la linea tratteggiata della figura, che corrisponde alla curva ideale. Ciò è possibile solo nel caso teorico di numero di marce infinito, che viene replicato nella pratica nei ciclomotori 50 cc a rapporto di trasmissione con variazione continua; questa soluzione introduce altri svantaggi, legati alla difficoltà di trasmettere coppie elevate, a causa del collegamento fra albero motore e asse traente realizzato con il variatore di velocità a cinghia.

Per quanto riguarda un motore elettrico, invece, le curve che si ottengono sono estremamente simili a quelle ideali riportate a sinistra nella figura precedente; tale caratteristica lo rende molto efficace per l’impiego automotive.

Fatta questa doverosa introduzione, siamo tornati al punto di partenza: perché allora in FE alcuni costruttori utilizzano powertrain con diversi rapporti di trasmissione, invece che uniformarsi al monomarcia? Quest’ultima soluzione presenta infatti almeno tre vantaggi: uno legato all’efficienza della trasmissione, uno alla prestazione della vettura ed uno alla efficacia della guida del pilota.

  1. L’assenza di marce permette di avere un sistema di trasmissione più snello, che permette quindi di ridurre peso ed attriti, migliorando quello che in un motore a combustione viene detto “rendimento organico”. In una competizione come la FE, dove la vittoria viene ottenuta dal più efficiente, nessun dettaglio riguardante il rendimento della vettura può essere sottovalutato
  2. Il cambio marcia, pur essendo sempre più rapido, comporta comunque dei brevi intervalli di tempo (sotto al decimo di secondo) in cui il motore non è collegato alle ruote e quindi non riesce a fornire la coppia richiesta, per cui si ha perdita di prestazione
  3. La guida di una FE, come vedremo in uno dei prossimi articoli, richiede al pilota estrema attenzione nella gestione dell’energia, tanto che le tecniche per il risparmio della carica della batteria sono ben più complesse da attuare rispetto a quelle a cui sono abituati i piloti di F1(!). Eliminare un elemento di azione del pilota, come il cambio marcia, peraltro molto frequente nei circuiti cittadini in cui gareggiano le FE, è sicuramente un modo per migliorare il livello di guida

Un motore elettrico è caratterizzato dalla base speed, velocità di rotazione alla quale, nella curva di potenza, inizia il tratto a valore costante. Il rapporto fra la velocità di rotazione massima e la base speed è detto rapporto di velocità:

Al crescere di x si ha un più ampio campo di funzionamento del motore elettrico, infatti a parità di velocità di rotazione massima si ha una base speed più bassa, cioè una disponibilità più immediata di potenza massima. In figura si vede la differenza fra le curve di potenza di motori elettrici al crescere di x.

In base alla tecnologia a disposizione del costruttore, la velocità massima di rotazione del motore e la base speed possono variare, di conseguenza viene influenzato il valore del rapporto di velocità. Se questo è troppo elevato sarà necessario introdurre una trasmissione a più rapporti, per sfruttare al meglio la potenza a disposizione, mentre il costruttore che riesca ad ottenere un motore con basso x potrà realizzare un veicolo monomarcia. È allo stesso tempo fondamentale avere a disposizione un propulsore che permetta di raggiungere elevati regimi di rotazione, in quanto la velocità massima di un veicolo è legata alla velocità di rotazione delle ruote, a sua volta dipendente da quella del motore in base al rapporto di trasmissione complessivo. Nel caso di un monomarcia quindi è necessario che x sia basso ed allo stesso tempo  sia elevata. I costruttori con tecnologie più sviluppate sono evidentemente già riusciti ad ottenere un powertrain con queste caratteristiche (Audi e Renault), mentre gli altri sono dovuti ricorrere a diverse soluzioni per aggirare questo problema. Fra questi risulta davvero particolare la scelta di NIO, che ha optato per un doppio motore, così da poter ricreare, con un monomarcia, lo stesso effetto dato dall’utilizzo del cambio.

Le diverse scelte effettuate dai costruttori, unite alla grande incertezza nei risultati in pista, mostrano certamente che la soluzione migliore non è ancora stata individuata, a riprova dell’enorme margine di sviluppo del motore elettrico e di conseguenza della FE.

Ready to “ROAR”

Ormai ci siamo, i motori stanno per tornare a rombare anche in questo nuovo anno e come sempre Daytona torna al centro del Motorsport a quattro ruote.

E’ imminente l’inizio del primo test ufficiale IMSA della nuova stagione, in vista della gara d’apertura e più importante del campionato. Il Roar vedrà impegnati tutti i team partecipanti alla successiva gara, oltre 50, nell’arco di varie sessioni in 3 giorni, da Venerdì a Domenica.

Oltre all’IMSA ci saranno altre categorie minori con anche gare vere e proprie, come quella dei Prototype Challenge. Nell’ultima giornata ci sarà una novità, ossia una reale qualifica per ognuna delle tre classi al fine di assegnare le postazioni in pit lane. I più veloci si assicureranno i primi box all’entrata della pitlane, che hanno un vantaggio per 2 motivi:

– Nelle fasi concitate con tante auto al pit stop chi si ferma nelle prime piazzole quasi sicuramente riparte senza perdere tempo a guardare chi arriva dietro in fast lane…invece verso l’uscita dei box è molto più probabile trovare un gruppo di macchine che esce e dover aspettare che passino prima di avere via libera.

– Come da tradizione nelle gare USA c’è il famoso muretto in pit lane, che divide la carreggiata da tecnici e meccanici. Perciò quando si verifica un problema alla macchina non si può immediatamente portarla nel box, ma per raggiungerlo deve essere portata all’inizio della pit lane dove finisce il muretto, così da raggiungere il paddock dove sono posizionati i vari box. In questa circostanza avere una piazzola il più vicino possibile all’accesso al paddock consente di risparmiare tempo prezioso, anche se di solito quando una macchina viene portata ai box rientra con diversi giri di distacco e possibilità di risultato pari a zero.

Com’è fatto il Daytona International Speedway?

 

La natura dell’impianto è ovviamente al servizio della gare NASCAR, come la famosa Daytona 500. Per le vetture sport si utilizza una combinazione ovale/circuito lunga circa 5.7 km; in termini di tempo sul giro, circa metà è impiegato per affrontare la sezione “Infield”, appunto all’interno dell’ovale, mentre il resto del giro comprende la parte più iconica di Daytona: l’intero triovale in cui la massima inclinazione del banking raggiunge i 31°, inframezzato dalla doppia chicane veloce “Bus Stop”.

 

Il test è obbligatorio per tutti i rookie di Daytona, in particolar modo sono importanti le sessioni serali per prendere confidenza con la pista e gestire il traffico delle varie classi. Infatti non tutti i piloti saranno presenti al Roar, per esempio la Ferrari 488GTE di Risi vedrà il solo Alessandro Pierguidi che verrà affiancato in gara dai compagni Vilander e Calado.

 

Vediamo gli orari italiani delle sessioni IMSA:

PRACTICE 1: Venerdì 5 Gennaio                                    17:00 – 18:15

PRACTICE 2: Venerdì 5 Gennaio                                    21:30 – 23:30

PRACTICE 3: Sabato 6 Gennaio                                      16:50 – 18:20

PRACTICE 4: Sabato 6 Gennaio                                      21:30 – 22:15

PRACTICE 5: Sabato 6 Gennaio                                      00:30 – 02:00

PRACTICE 6: Domenica 7 Gennaio                                 16:45 – 17:15

QUALIFYING (GTD-GTLM-P): Domenica 7 Gennaio     17:25 – 18:30

PRACTICE 7: Domenica 7 Gennaio                                  20:45 – 21:45

 

ENTRY LIST: https://www.imsa.com/sites/default/files/event-weekends/2018/emedit_event_weekend/em_the_roar_before_the_rolex_24/2018_iwsc_theroar_preevent_entrylist_v2.pdf

LIVE RADIO: https://www.imsa.com/radio/imsa-radio.html

LIVE TIMING: http://livetiming.alkamelsystems.com/imsa/

Non ci resta che seguire quello che succede in pista. Il Motorsport non si ferma mai!! C’è sempre qualcosa che fa “Roar”.

Aury

24 Ore di Daytona 2018: grandi nomi al via, tra cui Alonso e Stroll

La quinta edizione dell’IMSA SportsCar Championship prenderà il via il 27 gennaio, con la classica 24 Ore di Daytona, che è finalmente tornata ad essere un punto di riferimento per i team da tutto il mondo, e non solo americani. Anche quest’anno sono attesi nomi importanti, con campioni provenienti da WEC, GT3, IndyCar e anche Formula 1, con Fernando Alonso, Lance Stroll e Paul Di Resta che prenderanno il via in Florida. Complice anche l’arrivo di Liberty Media, che ha finalmente rotto la barriera virtuale che per anni ha separato la Formula 1 dal resto dei campionati. Una sorta di ritorno al passato, a quando le star della F1 si cimentavano anche nelle gare Endurance durante la sua epoca d’oro. Rimangono ancora molti i posti da confermare al 100%, ma sicuramente anche quest’anno assisteremo ad una gara appassionante.

Le categorie

Prototipi (P): nella classe più importante sono ammessi prototipi LMP2 e DPi. La prima categoria consiste in quattro costruttori autorizzati da ACO, ovvero Oreca, Ligier, Riley e Dallara (quest’ultima però assente a Daytona). Il regolamento DPi prevede invece una elaborazione all’aerodinamica ed al propulsore dei prototipi P2. Alle Case partecipanti in questa particolare categoria, ovvero Cadillac (Dallara), Mazda (Riley), Nissan (Ligier) e Acura (Oreca), si richiede che l’estetica della vettura assomigli a quella delle auto stradali.

GT Le Mans (GTLM): per questa classe viene utilizzato il medesimo regolamento GTE del WEC, e vede al via solo squadre ufficiali o semiufficiali, ovvero BMW (supportata dal team Rahal), Corvette (Pratt & Miller), Ferrari (Risi Competizione), Ford (team Ganassi) e Porsche (CORE Autosport).

GT Daytona (GTD): questa divisione utilizza il regolamento FIA GT3. Sono permessi soltanto gli equipaggi amatoriali o pro-am. Le case al via sono Acura, BMW, Lamborghini, Lexus, Ferrari, Porsche, Mercedes e Audi.

Cosa sono i Daytona Prototype

Come detto prima, i DPi, ovvero Daytona Prototype International, saranno al via della 24 Ore. Ultimamente, si parla sempre di più di questa categoria come possibile sostituzione per le LMP1, o, comunque, di un loro debutto nel WEC ed in altri campionati. Ma come sono nati i DP? L’origine della loro travagliata storia risale al 2003. Nei primi anni 2000, i proprietari del campionato Grand-Am iniziarono a pensare ad un modo per ridurre gli alti costi (e la pericolosità) dei prototipi SPR1 e SRP2, oltre che delle vetture GTS (una sorta di GT1). Di fatto, quelle tipologie di prototipi correvano soltanto in questo campionato. Nella Le Mans Series, sia europea che americana, avevano infatti debuttato gli LMP. L’idea di Jim France, proprietario del campionato, fu quella di costruire un prototipo con un telaio in tubi, invece di una complessa e costosa struttura in fibra di carbonio. Alla 24 Ore di Daytona 2003, ad accettare la sfida in questa nuova categoria furono quattro costruttori: Doran, Fabcar, Multimatic e Picchio, con un totale di sei vetture che andarono a rimpiazzare definitivamente gli SRP1. Sebbene i risultati non furono deludenti (il primo DP si classificò quarto assoluto, battendo difatti gli SRP2), l’estetica della vettura non piacque affatto. I costi ridotti comunque fecero aumentare il numero di iscritti, e ben presto i Daytona Prototype rimasero gli unici prototipi presenti nel campionato americano. Tuttavia, questa scelta risultò anche in un allontanamento dalla Le Mans Series e dalla American Le Mans Series. Come detto prima, infatti, in entrambi i campionati venivano utilizzati gli LMP. Nel 2014 quindi si decise di unire DP e LMP2 in un unico campionato, con la fusione di Grand-Am e ALMS. Si rese però necessario un bilanciamento delle prestazioni, essendo i DP molto più lenti delle LMP2. Apparve chiaro dopo poche gare però che l’upgrade dei Daytona Prototype fosse eccessivo. Tra il 2014 ed il 2016, soltanto questi ultimi riuscirono a conquistare il primo posto nella classifica finale. Inoltre anche la sicurezza del telaio in tubi è stata oggetto di critiche, specialmente dopo l’incidente di Memo Gidley a Daytona nel 2014. Si approfittò così del nuovo regolamento LMP2 dell’ACO, entrato in vigore nel 2017, per modificare la categoria. Sempre nello stesso anno, nacquero i DPi, il cui regolamento permetteva alle case automobilistiche di applicare le proprie modifiche all’aerodinamica delle LMP2, oltre che di implementare il proprio propulsore. Una scelta che ebbe subito molto successo e che continua a portare molto spettacolo.

Equipaggi Prototipi

Sono attesi ben 21 prototipi al via. Spicca il debutto dell’Acura con il team Penske, che schiera Dane Cameron, Juan Pablo Montoya e Simon Pagenaud sulla prima vettura e Hélio Castroneves, Graham Rahal e Ricky Taylor (campione in carica) sulla seconda. Il Wayne Taylor Racing, team campione nel 2017 conferma Jordan Taylor alla guida della sua Cadillac affiancato da Ryan Hunter-Reay e Renger van der Zande, che sostituisce Ricky passato al team Penske. Action Express riporta in gara le sue due Cadillac. Sulla prima ci saranno i soliti Joao Barbosa, Christian Fittipaldi e Filipe Albuquerque, mentre sulla seconda saranno presenti Mike Conway, Eric Curran, Stuart Middleton e Felipe Nasr. La casa di General Motors porterà al debutto il suo nuovo propulsore da 5.5 litri. Grande attesa per le Mazda del Team Joest. A Daytona la squadra tedesca porterà in gara due vetture ed un mix di piloti da Europa ed USA: Jonathan Bomarito, Tristan Nunez, Spencer Pigot, Harry Tincknell, René Rast e Oliver Jarvis. Sempre presente anche il team Extreme Speed, che porta in gara due Nissan per Pipo Derani, Ryan Dalziel, Scott Sharp, Johannes van Overbeek, Olivier Pla e Nicolas Lapierre.

Tra le LMP2, il team Jackie Chan DCR Jota porterà in gara due Oreca e due equipaggi molto interessanti: sulla prima vettura, Lance Stroll sarà affiancato da Robin Frijns, Daniel Juncadella e Felix Rosenqvist, mentre sulla seconda ci saranno Alex Brundle, Antonio Felix da Costa, Ferdinand Habsburg e Ho-Pin Tung. Anche United Autosports (team di Zak Brown) sarà da tenere d’occhio. La prima delle due Ligier sarà infatti guidata da Will Owen, Paul Di Resta, Hugo de Sadeleer e Bruno Senna, mentre la seconda dai piloti McLaren Fernando Alonso e Lando Norris, insieme al giovane inglese Phil Hanson.

Equipaggi GT

Sarà una gara agguerrita come sempre nella categoria GTLM, che vedrà al via nove vetture. Nessuna novità tra gli equipaggi di Ford e Corvette, mentre BMW porterà in gara le nuove M8 GTE e Connor De Phillippi, che lascia così il ruolo di pilota Audi. Gimmi Bruni sarà al via su una delle Porsche 911 RSR, a fianco di Laurens Vanthoor ed Earl Bamber. Si trova invece in difficoltà il team Risi. La squadra tenterà di portare in gara una 488 GTE per Alessandro Pier Guidi e Toni Vilander. Non ritorna Giancarlo Fisichella, che, secondo i rumors, si sposterà in direzione BMW.

Anche quest’anno la classe GTD vedrà una massiccia partecipazione, con almeno 16 vetture al via. Presenti due Ferrari per il team Scuderia Corsa, campione in carica, che vedrà qualche cambiamento nella lineup. Alessandro Balzan infatti sarà affiancato da Cooper MacNeil, che sostituisce così Christina Nielsen (che parteciperà con la Porsche del team Wright). La coppia correrà insieme a Jeff Segal e Gunnar Jeannette. Sull’altra Ferrari del team si alterneranno invece Townsend Bell, Sam Bird, Frankie Montecalvo e Bill Sweedler. Altre due Ferrari GT3 saranno presenti grazie al team Risi e Spirit of Race (AF Corse). Altri due italiani confermati sono Andrea Caldarelli sulla Lamborghini Huracan del Paul Miller Racing e Loris Spinelli sulla Mercedes-AMG GT3 del P1 Motorsports.

 

Come detto all’inizio, rimangono ancora molti posti vuoti nella entry list. E alcuni team non hanno ancora confermato la propria partecipazione. Pubblicheremo quindi un articolo aggiornato alcuni giorni prima della gara. Non è escluso infatti che appaiano nuovi nomi importanti.