Formula 1: alla ricerca della configurazione ideale

Un weekend di gara non inizia con le qualifiche; la ricerca della massima prestazione inizia non appena l'auto entra in pista. Di conseguenza, i tempi sul giro registrati durante le prove libere e la pre-stagione sono solo indicazioni approssimative, poiché ogni squadra sperimenta innumerevoli variazioni di assetto.

Messa a punto dell'accensione, generatore di potenza

Il primo componente meccanico che ogni squadra può modificare è il gruppo motopropulsore, un motore V6 turbo-ibrido abbinato a un motore elettrico che può essere configurato in diversi modi. Sebbene le normative limitino fortemente gli sviluppi più importanti, gli ingegneri hanno ancora a disposizione alcuni strumenti per ottenere il massimo dall'unità. Il più influente tra questi è la fasatura dell'accensione, misurata in gradi e che indica il numero di gradi prima del punto morto superiore (il punto più alto del pistone) in cui la candela si accende. In termini semplici, anticipando l'accensione si ottiene una maggiore potenza, ma se si esagera si rischia il battito in testa, ovvero un'autoaccensione incontrollata della miscela aria-carburante che può letteralmente distruggere un cilindro e l'intero motore. Il limite di sicurezza per l'anticipo dell'accensione varia da un circuito all'altro, in particolare in base alle variazioni della temperatura ambiente. Al contrario, i rapporti del cambio possono essere modificati solo una volta a stagione tramite un cambio “jolly”, quindi non sono una variabile da un circuito all'altro.

La velocità delle ruote, un indicatore affidabile

Ogni vettura di F1 è dotata di innumerevoli sensori che registrano dati quali la corsa delle sospensioni, l'angolo di sterzata, la temperatura dei freni, la pressione dei pneumatici, ecc. Tra tutte queste informazioni, i dati relativi alla velocità delle ruote dei quattro pneumatici sono i più rivelatori. Indicano i blocchi e le sbandate, fornendo un quadro chiaro del comportamento dell'auto. Ad esempio, gli ingegneri utilizzano questi dati per verificare che il differenziale sia quasi bloccato in frenata, poi si apra gradualmente in curva prima di bloccarsi nuovamente in uscita. Verificano anche le prestazioni dei freni: un leggero bloccaggio delle ruote anteriori alla fine di una zona di frenata è accettabile, ma un bloccaggio delle ruote posteriori all'inizio della frenata è un segnale d'allarme che mina la fiducia del pilota.

Il segreto: avere un'auto equilibrata

L'obiettivo principale è ottenere un'auto ben equilibrata che non si basi su regolazioni estreme, in modo da essere competitiva su diversi tipi di circuiti e in diverse condizioni. Un'auto che continua ad avanzare in linea retta nonostante la sterzata delle ruote anteriori è detta “sottosterzante”, mentre il contrario, ovvero quando le ruote posteriori slittano in curva, è detto “sovrasterzante”. I piloti hanno le loro preferenze personali, ma in generale un'auto sottosterzante è più lenta ma più tollerante, il che riduce il rischio di errore da parte del pilota. La distribuzione tipica del peso in F1 è compresa tra il 44% e il 48% sull'asse anteriore. I team possono modificare leggermente questa distribuzione durante un weekend di gara spostando il peso all'interno del telaio.

L'equilibrio aerodinamico, la chiave del successo

Ogni team inizia la stagione con un concetto aerodinamico globale che determina il design della monoposto. Da un Gran Premio all'altro, l'ufficio tecnico aerodinamico perfeziona la vettura per adattarla alle esigenze specifiche di ogni circuito, mentre gli ingegneri di pista regolano gli angoli degli alettoni anteriori e posteriori in consultazione con il pilota. In F1, la forza di deportanza proviene principalmente da tre zone: l'alettone anteriore, l'alettone posteriore e il diffusore. Il diffusore aggiunge deportanza aerodinamica “gratuitamente”, senza aumentare la resistenza, mentre l'aumento dell'angolo di attacco degli alettoni aumenta sia la deportanza aerodinamica che la resistenza, compromettendo la velocità in rettilineo (si pensi al DRS). La curva di portanza/resistenza (L/D) degli alettoni si appiattisce all'aumentare dell'angolo, il che significa che ogni unità aggiuntiva di deportanza costa più resistenza alle impostazioni più elevate.

Per ogni circuito viene fissato un rapporto L/D target: circa 1:1 per Monaco, dove la velocità massima è irrilevante, e fino a 4:1 per Monza, dove la velocità in rettilineo è fondamentale. Questo obiettivo guida le regolazioni dell'alettone posteriore; l'alettone anteriore viene quindi regolato per ottenere l'equilibrio aerodinamico desiderato, generalmente inferiore del 3-4% rispetto alla distribuzione del peso della vettura, al fine di mantenerla stabile nelle curve veloci. In pratica, i team spingono l'alettone anteriore fino al limite di comfort del pilota, massimizzando così la forza di carico totale. Su pista bagnata, l'equilibrio viene ridotto del 2-3% per aumentare il sottosterzo e aiutare il pilota a mantenere il controllo.

Un centro di rollio correttamente definito e tutto funziona alla perfezione

Senza entrare nei dettagli geometrici, il centro di rollio è il punto attorno al quale il telaio ruota da un lato all'altro quando l'auto affronta una curva. Il corretto posizionamento di questo punto garantisce una manovrabilità prevedibile e un funzionamento fluido. Quando un'auto di Formula 1 affronta una curva, la battaglia invisibile tra i centri di rollio e il centro di gravità dell'auto determina se la macchina slitterà o oscillerà. I team dedicano innumerevoli ore alla regolazione del centro di rollio, che si trova sempre sotto il centro di gravità, poiché più i due punti sono vicini, meno il telaio rolla da un lato all'altro. In pratica, un centro di rollio più alto costringe i bracci delle sospensioni a sostenere una parte maggiore del carico, facilitando il lavoro degli ammortizzatori e mantenendo l'auto più stabile. Poiché il baricentro di un'auto è determinato dal suo design, gli ingegneri possono manipolare solo i centri di rollio. Per farlo, modificano la geometria dei triangoli delle sospensioni, regolano il camber delle ruote e, soprattutto, giocano con le barre antirollio. L'obiettivo è semplice: alzare il centro di rollio anteriore per avvicinarlo al centro di gravità, in modo da migliorare la reattività dell'asse anteriore, mantenendo deliberatamente il centro di rollio posteriore più basso. Questa flessibilità posteriore favorisce un leggero rollio che sposta la massa verso la parte posteriore quando il conducente accelera, migliorando la trazione.

Il risultato è una distribuzione della rigidità al rollio che favorisce la parte anteriore (generalmente oltre il 50%), lasciando l'asse posteriore più flessibile in modo che gli pneumatici posteriori rimangano ben ancorati al suolo durante le accelerazioni. Meno movimenti della carrozzeria significano anche un'aerodinamica più pulita; un telaio stabile fende l'aria con meno turbolenze. Tuttavia, un telaio troppo rigido ridurrebbe la capacità delle sospensioni di assorbire le irregolarità, rendendo l'auto più difficile da guidare su superfici irregolari.

Le barre antirollio sono lo strumento più rapido per effettuare regolazioni al volo tra una sessione e l'altra. Se un'auto sovrasterza, gli ingegneri rendono più morbida la barra posteriore per dare più aderenza all'asse posteriore. Al contrario, un sottosterzo persistente viene corretto rendendo più morbida la barra anteriore. Sul bagnato, la barra posteriore può anche essere completamente disattivata per limitare l'eccessivo sovrasterzo.

La regolazione della geometria delle ruote, un altro elemento di regolazione fine, rimane importante nonostante il divieto del sistema DAS della Mercedes dopo il 2020. Il convergenza descrive l'angolo formato dalle ruote con l'asse longitudinale dell'auto quando la si guarda dall'alto. Il convergenza anteriore (fino a circa 2°) orienta lo pneumatico anteriore interno verso il punto più alto della curva prima che il pilota sterzi, migliorando così l'ingresso in curva. La convergenza posteriore, anch'essa limitata a circa 2°, aiuta a contrastare il sovrasterzo raddrizzando le ruote posteriori in frenata, massimizzando così la superficie di contatto in quel momento critico. Le regolazioni vengono effettuate tramite il sistema di sterzo e misurate con una barra “a canna da pesca”, ma devono essere bilanciate tenendo conto dell'usura degli pneumatici.

Il camber, ovvero l'inclinazione delle ruote rispetto al piano verticale dell'auto quando la si guarda da dietro, è un altro elemento chiave dell'aderenza meccanica. Le moderne auto di F1 corrono con un camber negativo, in particolare all'anteriore, che garantisce che lo pneumatico esterno rimanga piatto sulla pista in curva. Lo pneumatico interno acquisisce inevitabilmente un camber positivo, ma il suo carico ridotto consente di massimizzare l'aderenza complessiva. Su circuiti con lunghi rettilinei e un carico aerodinamico ridotto, i team spesso aumentano il camber negativo per compensare l'aderenza meccanica. Tuttavia, non possono abusarne: un camber negativo eccessivo disturba l'aerodinamica della vettura e può surriscaldare i fianchi degli pneumatici. Ecco perché produttori come Pirelli fissano limiti rigorosi.

Infine, l'angolo di caster, ovvero l'inclinazione della linea che collega i punti di fissaggio superiori e inferiori della sospensione anteriore, aggiunge un ulteriore livello di stabilità. Un angolo di caster positivo, in cui il punto superiore è situato più indietro, si comporta in modo simile alla forcella di una moto, aiutando le ruote anteriori a centrarsi automaticamente e offrendo una migliore sensazione di guida. Sebbene sia in gran parte definito nella fase di progettazione dell'auto, i team possono comunque perfezionare l'angolo di caster durante lo sviluppo per ottenere un controllo aggiuntivo.

Nella loro incessante ricerca della velocità, ogni millimetro di rollio, ogni grado di convergenza o campanatura e ogni frazione di angolo di caster sono leve che i team azionano per mantenere le loro auto incollate alla pista e superare i concorrenti. Dietro ogni giro fulmineo di un Gran Premio si nasconde una silenziosa orchestra di regolazioni, in cui gli ingegneri giocano con una dozzina di variabili interdipendenti per ottenere il massimo delle prestazioni da un'auto di Formula 1. La più rivelatrice di queste variabili è lo pneumatico, unico punto di contatto tra la macchina e l'asfalto. Essendo la gomma l'unico elemento a contatto con la pista, il suo comportamento determina la sottile linea di demarcazione tra aderenza e catastrofe. Quando la temperatura di uno pneumatico supera la soglia dei 100 °C, una rapida reazione chimica raggiunge il suo apice, offrendo una finestra effimera di massima aderenza. Una volta terminata la reazione, la mescola si indurisce, segnalando l'inevitabile sosta ai box. I team cercano quindi la regolazione perfetta della pressione a caldo: una pressione più bassa allarga la superficie di contatto, migliorando l'aderenza ma sacrificando la reattività e accelerando l'usura, mentre una pressione più alta riduce la superficie di contatto, migliorando la sensazione di guida a scapito della trazione. Regolando le pressioni anteriori e posteriori, modificano anche l'equilibrio della vettura: un avantreno più morbido favorisce il sovrasterzo, mentre una pressione posteriore più bassa tende a far sottosterzare il veicolo.

Il sistema frenante è altrettanto instabile, poiché è costruito attorno a dischi in carbonio il cui coefficiente di attrito varia notevolmente a seconda della temperatura. Nella stessa zona di frenata, il disco può passare da una frenata aderente a uno slittamento, e questa disparità è amplificata da una curva all'altra, da sinistra a destra e da davanti a dietro. Per mantenere l'equilibrio dei freni in un intervallo molto ristretto, i costruttori forniscono dischi di diversi diametri e perforazioni, ciascuno dei quali è progettato per dissipare il calore in modo specifico. Tuttavia, anche il disco meglio progettato può “vetrificarsi”, ricoprendosi di una pellicola scivolosa che lo rende quasi inutilizzabile, una condizione che è praticamente impossibile invertire al volo. Le moderne auto di F1 attenuano queste fluttuazioni grazie a una combinazione di freni anteriori meccanici e un sistema posteriore che combina dischi e pastiglie tradizionali con il recupero dell'energia cinetica. L'unità Brake-by-Wire (BbW) interpreta la forza esercitata sul pedale, la strategia di recupero attuale e la distribuzione desiderata della frenata per modulare la pressione posteriore con estrema precisione, offrendo una coerenza che sarebbe stata impensabile dieci anni fa. La geometria delle sospensioni aggiunge un ulteriore livello di complessità. Gli ingegneri cercano di mantenere il muso dell'auto incollato alla pista, mantenendo l'altezza da terra il più bassa possibile senza che il separatore anteriore sfiori l'asfalto in frenata o sui dossi. La parte posteriore è leggermente rialzata per ottimizzare l'angolo del diffusore e migliorare la forza di appoggio. Per raggiungere questo delicato equilibrio, spesso è necessario installare un terzo ammortizzatore nella parte anteriore, un dispositivo che fa molto di più che assorbire semplicemente le irregolarità del terreno. Regolando indipendentemente la compressione e il rimbalzo, l'ammortizzatore può riscaldare gli pneumatici, influenzarne l'usura e modificare sottilmente le caratteristiche di sottosterzo o sovrasterzo dell'auto. Ogni regolazione si ripercuote sul telaio, influenzando la sensazione di guida, le prestazioni di frenata e l'efficienza aerodinamica. Tutte queste leve (angolo di caster, pressione degli pneumatici, regolazioni dei freni a comando elettronico, regolazione degli ammortizzatori) non sono pulsanti isolati, ma fanno parte di un sistema complesso e interdipendente. La sfida degli ingegneri consiste nell'armonizzarli in modo che il pilota possa realizzare tempi sul giro regolari, preservando al contempo gli pneumatici per l'ultima parte della gara. Il pilota diventa quindi il sensore più prezioso del circuito, traducendo le reazioni sfumate dell'auto in dati che gli ingegneri possono poi convertire in regolazioni. Nel mondo altamente competitivo della Formula 1, la battaglia si combatte tanto nei box ricchi di dati quanto in pista, dove ogni millimetro e ogni millibar contano per il podio.