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Articoli - Archivio

24/06/2021
La tecnologia dei pneumatici racing

Speciale Motorsport

 

Lo sviluppo delle coperture per vetture e moto da competizione è il risultato di progettazioni virtuali, ricerca sui materiali, analisi dei dati e test in pista. Ne abbiamo parlato con alcuni tra i maggiori costruttori

Dino Collazzo

Innovazione tecnologica e ricerca sui materiali. Sono questi i due aspetti su cui gli ingegneri e i progettisti dei più importanti produttori di pneumatici lavorano per realizzare le coperture destinate al motorsport. Tutto nasce da un pneumatico virtuale che prima di diventare prototipo viene testato all’interno di simulatori in cui vengono caricati dati e variabili per affinarne le performance. Un lavoro lungo e complesso che ha delle ricadute anche nel comparto dei pneumatici strada. Ne abbiamo parlato con tre costruttori, Falken, Goodyear e Pirelli, che hanno deciso di raccontarci come nasce un pneumatico motorsport e quanto delle ricerche e tecnologie usate in questo campo si ritrovano nelle gomme che vengono impiegate sui veicoli di tutti i giorni.

 

Falken Tyre

 

Come si progetta un pneumatico nel motorsport?
“Gli ingegneri di Falken Tyre iniziano sviluppando i pneumatici virtualmente e simulano una serie di test per assicurarsi che soddisfino le richieste molto esigenti del mondo del motorsport. Al Nordschleife, questo include variazioni estreme di superficie, pendenza e temperatura - che può variare tra i 5°C e i 50°C - insieme a condizioni di bagnato, asciutto e talvolta anche di ghiaccio. Le nuove specifiche vengono poi testate sulla macchina per verificarne le prestazioni generali e la durata prima di andare in pista per i test reali”.

 

Quali parametri vengono analizzati durante un test?
“Durante i test, analizziamo il pneumatico a livello di prestazioni, esaminando l’aderenza, la durata e la resistenza all’impatto - ci sono molti cordoli e salti da affrontare sul Nordschleife - nonché la sua reazione alle variabili di temperatura. Anche l’input del pilota è importante, ottenere il suo feedback su come sente le gomme e su come queste reagiscono alle sfide del circuito”.

 

Che tipo di materiali vengono utilizzati?
“Le informazioni sui materiali sono un segreto aziendale altamente sorvegliato, ma in generale un pneumatico da corsa ha materiali simili a quelli di un pneumatico stradale: gomma sintetica, gomma naturale, tessuto e filo metallico, insieme a nerofumo e altri composti chimici”.

 

Qual è la parte più difficile dello sviluppo di un pneumatico per auto da corsa?
“Bilanciare aderenza, usura, carico e trovare un ‘punto debole’ in termini di prestazioni è la parte più difficile dello sviluppo dei pneumatici. La natura imprevedibile del Nordschleife significa che dobbiamo prepararci per tutte le situazioni”.

 

Che tipo di innovazione tecnologica si può trovare oggi in un pneumatico da motorsport?
“Migliorare la durata del pneumatico, pur mantenendo i livelli di sicurezza e prestazioni, è la sfida tecnica più grande. Falken sta utilizzando la sua tecnologia brevettata 4D Nano, che guarda alla composizione della mescola a livello delle nanoparticelle, per raggiungere questo obiettivo”.

 

Quali sono le caratteristiche che lo differenziano da un pneumatico stradale?
“Nel motorsport, abbiamo diversi pneumatici per situazioni molto specifiche, varianti slick per l’asciutto, inter, un intermedio tra asciutto e bagnato e il wet per il bagnato. Le caratteristiche e le prestazioni del pneumatico sono molto specifiche e le cambiamo a seconda delle condizioni della pista. In un pneumatico da strada, non è possibile essere così specifici, quindi devono fornire una prestazione più rotonda per una gamma più ampia di condizioni. Nei modelli da gara, la gomma è molta e sono anche più leggeri, ma sono costruiti per gestire forze più elevate”.

 

Qual è il grado di trasferimento tecnologico da un pneumatico da pista a uno da strada e in cosa consiste?
“La Nordschleife è uno dei terreni di prova più difficili per i pneumatici. Tutte le innovazioni sviluppate in pista per far durare di più la gomma, mantenendo allo stesso tempo i livelli di sicurezza e performance, sono interessanti e applicabili al mercato dei pneumatici stradali”.

 

 

Goodyear

 

Ricerca sui materiali, scambio d’informazioni tra ingegneri e team e test in pista. La multinazionale del Piede Alato progetta i suoi pneumatici per il motorsport combinando diverse tecnologie così da ottenere gomme adatte per ogni competizione con un occhio però anche al pneumatico strada. Per capire in cosa consiste il lavoro ne abbiamo parlato con Piero Gennari, marketing manager consumer Goodyear

 

Come viene progettato un pneumatico motorsport?
“Il lavoro di realizzazione di un pneumatico motorsport si divide in tre fasi: una prima fase di progettazione, in cui vengono analizzati una serie di dati e caratteristiche indispensabili per disegnare un pneumatico virtuale, una seconda fase in cui vengono realizzati i prototipi e poi l’ultimo step che consiste nella messa in pista per i test. Tutti questi passaggi avvengono però in specifici momenti che vengono definiti insieme con gli organizzatori dei campionati e con i team che vi partecipano. Infatti, quando i nostri ingegneri lavorano sul motorsport hanno bisogno di una serie di informazioni necessarie a realizzare un pneumatico specifico per la categoria a cui è destinato. Per esempio, un pneumatico per una gara endurance, dove mediamente abbiamo degli stint molto lunghi, è differente da un pneumatico impiegato per una competizione turismo dove le gare sono più corte. In fase di progettazione vengono quindi presi in considerazione elementi come la tipologia di veicolo, la dimensione, il peso e il downforce, cioè il carico aerodinamico che va a pesare sul pneumatico, e uniti ad altri dati sulla composizione dei materiali”.

 

Che tipo di materiali vengono impiegati per la produzione di un pneumatico motorsport e quanto è importante lo scambio di informazioni tra chi progetta e chi testa un pneumatico?
“I materiali utilizzati per i pneumatici motorsport non cambiano molto rispetto a quelli stradali, ciò che cambia è la loro combinazione nella realizzazione del prodotto finale. Parlando di pneumatici gara troviamo spesso delle forti similarità con pneumatici Uhp stradali come nel caso del nostro Eagle F1 SuperSport. La percentuale di utilizzo di un determinato materiale, penso alla gomma, all’acciaio, al kevlar o al nylon, per citarne alcuni, è legata a quello che è l’uso e le performance che si vogliono ottenere. È per questo che prima di parlare di materiali è fondamentale per noi ascoltare il team che il pneumatico lo deve montare su una vettura o su una moto. Queste informazioni sono importanti perché, una volta realizzato il prototipo, ci consentono di capire in fase di test se siamo all’interno dei parametri di performance che ci eravamo dati”.

 

Quali tecnologie sono presenti su un pneumatico motorsport e quante di queste vengono poi usate per i pneumatici da strada?
“In una competizione il tempo è l’elemento fondamentale, da quello in pista a quello per il pit stop. Si tratta di due elementi su cui incide anche il pneumatico: pensiamo all’usura dovuta al numero di giri compiuti da una vettura. Riuscire a percorrere più giri con lo stesso pneumatico e portare una vettura ai box solo per fare rifornimento dà ai team un vantaggio fondamentale in gara. Le tecnologie che utilizziamo in un pneumatico motorsport sono incentrate sul renderlo il più duraturo possibile e riuscire a mantenere le stesse performance fino all’ultimo. Per farlo lavoriamo molto sulla struttura e sulle mescole così da avere un controllo sulla temperatura e ridurre i rischi che il pneumatico si comporti in modo anomalo. Un lavoro di ricerca che abbiamo usato anche nei pneumatici strada come, per esempio, l’EfficientGrip Performance 2, un pneumatico HP per vetture medie che è stato pensato per garantire performance in differenti condizioni e una maggiore durata. Ma il travaso di tecnologia e ricerca avviene anche in maniera inversa. Nel caso del campionato Pure Etcr ci è stato chiesto di realizzare un pneumatico che potesse essere utilizzato durante tutto il campionato, con diverse temperature ambientali e sia su asciutto che su bagnato. Il risultato finale è stato un pneumatico che è molto simile a quello che è il nostro Eagle F1 SuperSport. Quando si tratta di impiegare delle tecnologie è quindi fondamentale non ragionare per comparti ma integrare le conoscenze così da arrivare ai risultati che ci si è prefissati”.

 

 

Pirelli

 

Studio dei materiali e simulazioni su prototipi virtuali, per l’azienda della P lunga il processo di progettazione e sviluppo dei pneumatici per il motorsport inizia tra le mura di un laboratorio di ricerca. Per capire in cosa consiste il lavoro di tecnici e ingegneri ne abbiamo parlato con Stefano Bizzi, responsabile R&D motorsport Pirelli.

 

Come viene progettato un pneumatico per il settore motorsport?
“Da un disegno e da un processo di simulazione. In fase di progettazione lavoriamo su dei pneumatici riprodotti in ambito virtuale dove andiamo a studiarne le caratteristiche. In questo modo iniziamo a delineare un modello realistico a cui aggiungiamo delle variabili per poi raccogliere dei dati sul comportamento del pneumatico in termini di stress, rigidezze, integrità e geometria di impronta a terra. Il risultato è un prototipo, sempre virtuale, con caratteristiche più vicine a quelle del pneumatico reale. Va precisato che la scelta di adottare questa tipologia di sviluppo è legata alla riduzione del numero dei test in pista, al fine di contenere i costi di sviluppo, in ogni caso gli obiettivi vengono assegnati attraverso una target letter disegnata e condivisa con FIA-FIOM, o altri provider”.

 

In fase di progettazione lavorate attraverso simulazioni, ci può spiegare meglio di cosa si tratta?
“Partendo da un disegno procediamo con l’inserimento degli elementi costitutivi di un pneumatico e, a ogni aggiunta di un nuovo elemento, monitoriamo i suoi comportamenti in base a delle variabili. In questo modo possiamo analizzare temperature, carichi, forze e geometria di impronta a terra e correggere di volta in volta il nostro prototipo virtuale. Una volta arrivati a un modello che soddisfa tutte le caratteristiche richieste procediamo con il test su un simulatore offline su un veicolo di riferimento. Questo passaggio ci consente di parametrizzare più gamme di pneumatici con diverse caratteristiche. Concluso il test, definite le migliori soluzioni, i dati raccolti sul pneumatico virtuale possono essere inviati ai teams e/o ai provider di riferimento che effettueranno a loro volta delle simulazioni e dei test aggiungendo le loro variabili legate principalmente al veicolo. Tutti questi passaggi possono ripetersi più volte, in quanto ogni comparto che lavora su questo modello analizza il pneumatico in base a quelle che sono le sue competenze per poi scambiarsi le informazioni”.

 

Un pneumatico è composto da diversi tipi di materiali. In che modo riuscite a riprodurne le caratteristiche in fase di simulazione?  
“All’interno dei nostri laboratori vengono preparati dei provini di tessuto o di mescola dai quali vengono poi realizzati dei prototipi. Questi ultimi vengono sottoposti a degli stress test termici e di deformazione così da caratterizzare il materiale stesso, i cui dati saranno utili in fase di progettazione del pneumatico virtuale. Una volta acquisiti questi dati, iniziamo la fase di costruzione del pneumatico virtuale, impiegando i materiali che hanno dato una migliore resa e/o caratteristica tecnica prestazionale”. 

 

Quando si passa al test in pista?
“Terminati tutti questi passaggi si arriva alla produzione di prototipi fisici che vengono prima testati su macchine di misura indoor, così da verificare la rigidezza strutturale, geometria d’ impronta a terra e la resistenza battistrada analizzate nelle fasi di simulazione. Se questo test conferma il percorso svolto durante la progettazione si passa all’ultimo step che è il passaggio in pista dove verranno valutati il bilancio sui due assi, il lap time, il degrado e la consistenza. In questo ultimo passaggio vengono monitorate le telemetrie, i carichi, la temperatura, la carcassa e gli stress al battistrada per capire se ci sono delle usure anomale o eventuali lacerazioni”.

 

Quanto di questo lavoro è utile per la progettazione dei pneumatici strada?
“I nostri studi sui materiali e la riduzione delle masse, specie nei pneumatici Prestige dove le velocità massime (eccetto i carichi verticali, laterali e aerodinamici) sono molto vicine a quelle della Formula 1, possono servire a migliorare alcune caratteristiche dei pneumatici stradali. Ma c’è anche il tema dell’elettrico. Con l’avvento di questa motorizzazione avremo auto con potenze di coppia più elevate e con un maggior peso. In questo caso lo studio fatto sulle forze, l’usura del battistrada, l’impronta e le sue geometrie possono tornare utili a chi realizza i pneumatici vettura”.

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