Mercedes AMG Petronas: sinergie tra F1 e sviluppo vetture stradali

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In Formula 1 le prestazioni sono tutto. In base alle nuove regolamentazioni in vigore nel 2014, solo la massima efficienza consente di ottenere i tempi migliori. Una sfida che ha coinvolto da subito il settore Sviluppo Vetture Stradali della Stella. Mentre il team MERCEDES AMG PETRONAS continua a imporsi nella stagione 2014 i tecnici di Brackley e Stoccarda sviluppano strategie sempre più efficaci e vincenti.

“Spesso ci viene chiesto se vi sia effettivamente un trasferimento di competenze tecnologiche tra il settore corse e quello delle vetture da strada. La risposta è assolutamente ‘sì’: ma il processo che si verifica è molto più complesso e non comporta solamente il trasferire particolari meccanici da una vettura all’altra”, ha dichiarato Paddy Lowe, Executive Director (Technical) di MERCEDES AMG PETRONAS. “Vi sono esempi di trasferimento diretto delle tecnologie utilizzate, come la tecnologia NANOSLIDE utilizzata per rivestire le superfici di scorrimento dei cilindri, o indiretto, in cui la F1 serve come laboratorio di ricerca per sviluppare nuove soluzioni e mostrare al mondo le possibilità esistenti.”

“Tecnologie come l’iniezione diretta di carburante hanno trovato applicazione nella produzione di serie grazie alle Frecce d’Argento degli anni Cinquanta dello scorso secolo”, ha sottolineato il Prof. Thomas Weber, membro del Consiglio Direttivo Daimler, responsabile della Divisione Ricerca del Gruppo e responsabile del Settore Progettazione e Sviluppo di Mercedes-Benz Cars. “Oggi, le sfide e le complessità che la F1 ha di fronte sono abbastanza simili a quelle con cui ci misuriamo per la progettazione e lo sviluppo di vetture da strada di tipo avanzato, come la S 500 PLUG IN HYBRID, che richiedono di traslare l’efficienza in prestazioni di livello superiore.

Prima di entrare nel mondo della Formula 1 nel 2010, Mercedes-Benz era principalmente impegnata investendo in tecnologia e sviluppo. Mentre il team prendeva forma, mirando alla massima competitività, aveva inizio una sfida tecnologica per il 2014 in cui il know-how e l’esperienza di engineering della Stella avrebbero ricoperto un ruolo decisivo, compiendo un intero percorso di sviluppo a partire dalla produzione del KERS (2009), primo approccio ai sistemi ibridi in F1, fino alle vetture di produzione (AMG SLS Electric Drive) e ad una F1 completamente ibrida nel 2014 (W05 Hybrid). La partecipazione a progetti come il sistema KERS si rivelò di massima importanza per fare esperienza all’interno dell’azienda e raggiungere una leadership nel settore e gli sviluppi furono estremamente veloci.

• Il sistema KERS, inizialmente sviluppato nel 2007, aveva un peso di 107 kg e raggiungeva un’efficienza energetica del 39%.
• Entro il 2009, il peso era diventato di 25,3 kg e l’efficienza del 70%.
• Nel 2012, il sistema pesava meno di 24 kg e raggiungeva un’efficienza dell’80%. Con l’avvicinarsi della stagione 2014 la collaborazione tra MERCEDES AMG PETRONAS e Mercedes-Benz Cars si è intensificata. Oggi i settori di collaborazione riguardano:
• Trazione ibrida: sia la F1 che Mercedes-Benz Cars puntano al costante miglioramento dell’efficienza. I team di sviluppo di entrambi i settori sono quindi in costante contatto per quanto riguarda questo comune impegno. Entrambi beneficiano della competenza presente in azienda nell’ambito di tecnologie come quelle relative ai motori elettrici, alle batterie ed ai sistemi di comando, come accade anche agli altri team che gareggiano con successo in F1 con il propulsore Mercedes-Benz. La W05 Hybrid ha un’efficienza maggiore del 35% rispetto al modello precedente e lo stesso sarà anche per la S 500 PLUG IN HYBRID prossimamente sul mercato: con una potenza di 325 kW e coppia di 650 Nm, accelera da zero a 100 km/h in soli 5,2 secondi e può percorrere 33 km viaggiando in modalità totalmente elettrica. Il consumo certificato è di 2,8 litri per 100 chilometri. Gli elementi principali di queste straordinarie prestazioni sono il motore V6 biturbo ed una catena cinematica ibrida altamente sofisticata. Per quanto riguarda gli sviluppi della trazione ibrida, il prossimo passo sarà costituito dalla ricarica wireless della batteria. Questa tecnologia “unplugged” verrà presto testata su flotte con la S 500 PLUG IN HYBRID, in modo da offrire nel prossimo futuro una soluzione adatta alla Classe S sia in termini di comfort che di funzionamento. Il sistema è costituito da due componenti: una bobina secondaria integrata nel sottoscocca della vettura ed una bobina primaria integrata in una piastra a pavimento che, ad esempio, può venire collocata sulla pavimentazione di un garage. L’energia elettrica viene trasmessa in assenza di contatto senza la necessità di un cavo, con una potenza di 3,6 kW ed un grado di efficienza del 90%. Daimler e BMW hanno concordato di sviluppare insieme una tecnologia comune per la ricarica wireless di batterie ad alto voltaggio, sia per veicoli a trazione elettrica che per veicoli ibridi plug-in.
• Simulazione: sviluppare e realizzare un’accurata simulazione riveste importanza fondamentale per garantire prestazioni di successo. Per ottenere dei modelli relativi alle prestazioni, stabilire l’autorità dei sistemi sulla vettura in materia di prestazioni e comprendere quali fattori siano più importanti per migliorare i tempi, i tecnici di F1 hanno dovuto sviluppare nuove simulazioni che fornissero le giuste risposte. I tool di simulazione per il processo di produzione e montaggio hanno visto il team consegnare con successo 5.000 componenti ed un totale di circa 15.000 disegni in quattro mesi. Il team corse ha messo a frutto il grande know-how di Daimler in programmi di guida, modellazione degli pneumatici e supporto con sviluppo del tool DIL (driver in the loop) utilizzando l’esperienza e le tecnologie esistenti. In questi settori la F1 sta trainando l’innovazione per quanto riguarda i processi, la capacità di trovare soluzioni ottimali ai problemi riscontrati e le tecnologie sviluppate: quello che viene trasferito non è necessariamente ciò che i tecnici di F1 stanno sviluppando, bensì il modo in cui effettuano tale attività.
• Aerodinamica: a prima vista il design aerodinamico delle vetture di F1 e quello delle auto da strada non hanno molto in comune, tuttavia entrambe utilizzano strumenti molto simili, in particolare la galleria del vento e la CFD (Computational Fluid Dynamics). La ricerca congiunta ed i progetti tecnici messi in atto con Mercedes-Benz comprendono l’individuazione di nuove tecnologie e lo scambio di informazioni relative a determinate aree, quale ad esempio la tecnologia CFD.
• Turbocompressione: l’attività di sviluppo per la stagione 2014 ha avuto inizio nel 2011 con fornitori esterni, ma è stata trasferita internamente dopo il primo anno, visto l’aumentare delle competenze acquisite in azienda e delle tempistiche di lavoro. Questa decisione è stata indotta da obiettivi prestazionali altamente competitivi (e dalle scadenze a cui far fronte) ed è stata resa possibile grazie all’esperienza del personale interno Daimler. Il raggiungimento di un armonico regime di funzionamento dei componenti del sistema (ottimizzando la dinamica) è stato un elemento fondamentale per l’attività di sviluppo. Il supporto di Daimler è stato essenziale per indicare gli strumenti di sviluppo (ad es. installazione di stazione a gas a Brixworth) ed un’assistenza problem-solving con specifiche caratteristiche tecniche.
• Tribologia (lubrificazione): al fine di ridurre al minimo l’attrito interno del motore, l’attività è concentrata su due settori: lubrificazione e superfici. Il motore a combustione interna 2014 ed i suoi lubrificanti sono stati progettati in parallelo con soluzioni appositamente realizzate. Il motore turbo da 1,6 litri ha una temperatura di funzionamento più elevata rispetto al precedente V8 ed ha un carico per cilindro del 10% superiore. A volte l’olio incontra requisiti contrastanti per agire come liquido di raffreddamento, mentre fornisce una buona protezione contro l’usura, ma basse proprietà di attrito. Insieme a PETRONAS, il team di F1 ha realizzato una serie di oli a base sintetica con pacchetti di additivi complessi che consentono all’olio lubrificante di garantire buona protezione dall’usura ed allo stesso tempo basse prestazioni di attrito. A partire dal 2010 i due team hanno realizzato insieme oltre 50 tra oli idraulici, oli per il motore ed oli per il cambio. Inoltre, il team PETRONAS ha acquisito una gran quantità di informazioni e conoscenze provenienti dal settore corse a quello delle vetture da strada e viceversa. Questa partnership tecnologica è stata anche associata ad un’alleanza strategica di tipo commerciale con Mercedes-Benz, che ha esteso la partnership dalle piste da corsa alla strada. L’avanzatissima tecnologia sviluppata sui percorsi di prova della Formula Uno consente di creare lubrificanti di alta gamma per le autovetture, comprese le vetture da strada Mercedes-AMG dalle elevate prestazioni.
• Tribologia (superfici): lo sviluppo delle superfici si suddivide in due aree: le caratteristiche delle superfici ed i rivestimenti. Per quanto riguarda i rivestimenti, i tecnici stanno cercando di modificare i materiali delle superfici per migliorare il modo in cui queste interagiscono con il loro ambiente. Ad esempio, un blocco motore in alluminio ha una scarsa superficie tribologica; essa viene quindi modificata con un rivestimento che abbia le proprietà desiderate. Questo è il motivo per cui sul nuovo motore turbo Mercedes F1 V6 viene utilizzata la tecnologia
• NANOSLIDE: l’attrito tra pistone e camicia del cilindro è infatti uno dei maggiori elementi di attrito del motore ed è di grandissima importanza.
La tecnologia NANOSLIDE è stata sviluppata da Daimler a partire dall’anno 2000 ed è protetta da più di 90 tipologie di brevetto ed oltre 40 brevetti. A partire dal 2006, questa tecnologia è stata finora impiegata su oltre 200.000 motori. Utilizzata inizialmente per l’AMG V8, il campo di applicazione di tale tecnologia è stato ampliato e Mercedes-Benz la utilizzerà in modo ancora più esteso nel prossimo futuro.
• Costruzione leggera: In questo ambito la F1 si sta distanziando molto dalla produzione di serie. La leggerezza è stata una priorità fin dagli albori dell’automobilismo sportivo, probabilmente ancor prima che, 80 anni fa, la vernice venisse raschiata via da una Freccia d’Argento per farla rientrare nel limite di peso di 750 kg. L’epoca dei telai in alluminio e delle costruzioni in monoscocca in F1 è terminata circa 20 anni fa ed è stata sostituita da un intelligente mix di materiali, in particolare materiali compositi in fibra di carbonio. Le vetture di produzione solo ora vedono un più ampio utilizzo dell’alluminio, con Mercedes-Benz ai primi posti a questo riguardo: considerando i veicoli di tutti i segmenti, Mercedes-Benz è oggi tra le case costruttrici che impiegano i maggiori quantitativi di alluminio nella produzione di autovetture. Anche per quanto riguarda i compositi in fibra di carbonio Mercedes-Benz si trova ai primi posti nell’industria: nel 2003, la Mercedes-Benz SLR McLaren fu la prima auto di serie prodotta al mondo con struttura front crash realizzata interamente in fibra di carbonio. In fibra di carbonio era interamente realizzato anche l’abitacolo passeggeri. Il portellone della SL, per il resto realizzata praticamente tutta in alluminio, è in carbonio, come pure molti componenti dei vari modelli Black Series di AMG, fornendo a Mercedes-Benz la possibilità di testare l’impiego di questo materiale per la produzione di massa. Ma in entrambe le discipline la questione non riguarda semplicemente il materiale utilizzato, ma piuttosto l’impiego su larga scala della simulazione a elementi finiti e delle routine di ottimizzazione, e l’utilizzo del giusto materiale per la giusta funzione.

“In ogni fase della nostra strada verso il successo, l’esperienza e le risorse dei nostri colleghi di Daimler sono stati fondamentali per garantire il cambio di passo a livello tecnologico che era richiesto per il 2014”, ha dichiarato Paddy Lowe. “Le sedi Mercedes-Benz di Stoccarda e del Regno Unito hanno percorso insieme la strada verso il successo, sperimentando ed utilizzando nuove metodologie tecnologiche. Queste metodologie sono ora più rilevanti che mai poiché, con le nuove regolamentazioni per la Formula Uno del 2014, la nostra mission è stata allineata con quella dei nostri colleghi del settore vetture da strada. Ci ha guidati un’equazione che si applica sia al mondo delle corse sportive che alle auto da strada: ‘Efficienza = Prestazioni’”.

“Tutti noi condividiamo lo stesso modo di vedere le cose che mette al centro il dedicarsi ad individuare le migliori soluzioni ed il farlo con rapidità”, ha dichiarato il Prof. Thomas Weber. “Essere testimone dell’attività del team di lavoro per me è altrettanto entusiasmante quanto assistere alle prestazioni su pista del team MERCEDES AMG PETRONAS.”

Sia per quanto riguarda le auto di F1 che le auto da strada, è di fondamentale importanza progettare i sistemi a catena cinematica nel loro complesso e gli strumenti di simulazione sono assolutamente necessari per garantire un pacchetto integrato di tipo high-tech”, ha dichiarato il Dott. Joachim Schommers, responsabile del Competence Centre Engines, Mercedes-Benz Cars Development. “Oggi stiamo assistendo ad un cambiamento epocale per quanto riguarda la progettazione delle vetture. Il metodo tanto usato in passato, in cui si procedeva per tentativi ed errori, ed ormai superatissimo per vari motivi, è stato sostituito da tecniche con simulazione computerizzata. Penso sia giusto ricordare che Daimler fin dall’inizio è stata all’avanguardia per quanto ha riguardato questo importantissimo cambiamento. In conclusione, la formula vincente sia su pista che su strada è quella di associare le migliori persone con la migliore metodologia.”

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