EL CIRCUITO
Introducción
Como es lógico, para conocer las características de diseño de cualquier elemento mecánico, primeramente hay que tener claras las condiciones de trabajo de la máquina, bajo qué circunstancias funcionará y qué factores externos influirán.
No es lo mismo, ni estará diseñado de la misma forma un vehículo cuyo objetivo sea correr el Granada Dakar, cuyos elementos tendrán que estar optimizados para funcionar bajo condiciones de terreno extremas, baches y suelos poco uniformes y adherentes, que un vehículo destinado a correr en circuito asfaltado de curvas rápidas como es nuestro caso. Por eso es importante conocer estos datos fundamentales, para optimizar nuestro diseño lo máximo posible y de esta manera intentar aproximar su rendimiento al 100%.
Es obvio que el sistema de suspensión de un Formula, se diseñará para ser funcional en todos los circuitos que componen una temporada o año de carreras, pero, para facilitar dicha tarea, se ha optado por centrar el estudio en un circuito en concreto, el Circuit de Catalunya, que será objeto de un estudio detallado y cuya suspensión a diseñar, se intentará optimizar lo máximo posible para funcionar de manera óptima en dicho entorno.
El circuito
El Circuit de Catalunya, se trata de un autódromo situado en la población
de Montmeló, en la provincia de Barcelona, España. Inaugurado en el año
1991, tiene un aforo de 131.000 espectadores, y acoge diversas
competiciones entre las que destacan el Gran Premio de España de Fórmula
1. Debido a que es uno de los circuitos más utilizado para los ensayos de los
diferentes equipos de F1, la gran mayoría de pilotos están muy
familiarizados con el mismo.
Trazado
De su trazado destaca la larga recta de meta de más de 1 km de longitud. El resto del circuito combina curvas y contracurvas rápidas con horquillas y una recta.
El circuito ha sufrido una pequeña remodelación a principios de 2007, al introducirse una “chicane” en la curva del estadio, reduciendo la velocidad de esa curva. La escapatoria de esa chicane es de asfalto, a diferencia de las típicas escapatorias de grava, y han instalado un sistema nuevo de absorción de impactos, que aseguran la integridad del piloto hasta velocidades de 200km/h.
El número de curvas que componen el circuito es de 16, cada una con una denominación característica y comercial, que nosotros simplificaremos mediante números. El la figura 2.1 se observa dicha numeración, y será la que se utilizará a partir de ahora para designar las diferentes partes que componen el circuito.
Telemetrías
Una herramienta fundamental en el mundo de la fórmula 1 y sus derivados son la telemetría.La telemetría es una tecnología que permite la medición remota de magnitudes físicas y el posterior envío de la información hacia el operador del sistema. Fue desarrollada en 1915, a mediados de la primera guerra mundial, por el alemán Khrïs Osterhein y el italiano Franchesco Di Buonanno para medir a qué distancia se encontraban objetivos de artillería.
El envío de información hacia el operador en un sistema de telemetría se realiza típicamente mediante comunicación inalámbrica, aunque también se puede realizar por otro medios (teléfono, redes de ordenadores etc.). Los sistema de telemetría reciben las instrucciones y los datos necesarios para operar desde el Centro de Control.
En el caso de la F1, la telemetría ofrece en vivo todos los datos y mediciones de los coches de F1 en tiempo real tales como los tiempos por vuelta, revoluciones del motor, presión de aceite, velocidad del viento, recorrido de la suspensión, constantes vitales del piloto etc. Esta herramienta es fundamental para conocer las condiciones reales de funcionamiento de un monoplaza.
En el presente proyecto se disponen de las telemetrías de F1 de Motor Hispania Racing Team en una vuelta del trazado de Montmeló cuyas características, extraidas de la página web oficial de Motor Hispania Racing, se definen en la tabla 2.1.
Cabe decir que se mostrarán únicamente los datos de telemetría que nos son útiles para nuestro objetivo y diseño, ya que el abanico de datos es mucho más amplio del que se muestra a continuación, podemos disponer de por ejemplo datos sobre la caja de cambios, entradas del piloto, meteorología, pero no son necesarios para elaborar este proyecto.
- Velocidad por unidad de distancia:
- Aceleración del chasis XYZ:
En la figura 2.3 se observan los valores de aceleración instantánea del chasis del vehículo medido en G (ordenadas) frente a la posición del vehículo en el circuito en metros (abscisas). Disponemos de los valores de aceleración longitudinal, representados en el gráfico bajo el nombre de Aceleración Larg, que sigue la dirección X que nosotros tomamos como referencia en las coordenadas del vehículo en este proyecto respetando el signo del sentido establecido. En cuanto a aceleración transversal, se representa como Aceleración Lat, (eje Y) y aceleración vertical como Aceleración Vert, (eje Z).
Disponer de estos datos, facilitan el cálculo de las fuerzas a las que estarán sometidos los diferentes elementos que componen el vehículo, además de aproximar de manera más realista los resultados.
En cuanto a la combinación de aceleraciones laterales y longitudinales, podemos observar en la figura 2.4 un gráfico de dispersión que nos muestra los valores en coordenadas cartesianas de las aceleraciones tanto en eje Y de nuestro sistema de referencia (laterales, representadas en el eje de abscisas del gráfico) como en el eje X (longitudinales, representadas en el eje de ordenadas) tomados dichos valores en diferentes instantes de tiempo a lo largo de la vuelta. Todos los valores están representados en G.
Condiciones especiales
Las telemetrías que hasta ahora se han visto, pertenecen a una vuelta rápida del circuito de Montmeló, donde se han tomado mediciones empezando la vuelta ya en movimiento, no desde parado, por lo que hay que “ensayar” el vehículo en diferentes condiciones las cuales no aparecen en las telemetrías ya vistas, y estas son, la salida desde parado en la parrilla de salida (donde el motor se revoluciona de manera considerable picando embrague para efectuar una salida lo más rápida posible, lo que seguramente inducirá solicitaciones elevadas que hay que analizar) y la parada en boxes, donde se entra a 80km/h y se para hasta 0km/h, situación que no se da en todo el recorrido normal del circuito, ya que la velocidad mínima es de 66,9km/h como ya se ha visto anteriormente, por lo que le física del vehículo a velocidades reducidas no se tiene en cuenta en las telemetrías anteriores y por lo tanto se analizará a continuación.
Se han realizado dos ensayos, para ensayar la frenada hasta la detención del vehículo, se ha entrado a una velocidad de 140km/h en la recta principal del circuito, para que, sobre el metro número 50 de la pista detener el vehículo hasta su parada y de esta manera recoger los datos telemétricos.
Para tomar los datos telemétricos de la máxima aceleración desde parado, una vez se ha detenido el vehículo debido al ensayo anterior, a continuación se ha salido desde punto muerto, elevando las revoluciones del motor a un régimen algo más elevado del par máximo del motor para que la salida sea lo más óptima y a la vez brusca posible, y soltando embrague de golpe.
Para tomar los datos telemétricos de la máxima aceleración desde parado, una vez se ha detenido el vehículo debido al ensayo anterior, a continuación se ha salido desde punto muerto, elevando las revoluciones del motor a un régimen algo más elevado del par máximo del motor para que la salida sea lo más óptima y a la vez brusca posible, y soltando embrague de golpe.
Como el vehículo dispone de control de tracción con capacidad de ser desactivado, durante el ensayo ha estado activado para que la salida sea lo más efectiva posible (difícilmente un piloto efectuará una salida más rápida sin control de tracción que con control de tracción, por muy elevada que sea su pericia, y más teniendo en cuenta la alta tecnología de los componentes electrónicos de un F1). Los dos ensayos se han realizado en ese punto métrico del circuito, debido a que es donde se sitúa la parrilla de salida, además de la estación de boxes (a pesar de estar paralela al circuito, pero con unas características my similares), por lo que la dinámica que experimentará el vehículo al iniciar la carrera en la parrilla de salida y su detención en Boxes será parecida a la ensaya de esta manera.
Una vez realizado el ensayo se han recogido los datos. En la figura 2.5 podemos observar los valores de velocidad respecto a la posición del vehículo en la pista, el gráfico de color gris corresponde a la telemetría del ensayo de salida-parada, y el gráfico verde, corresponde a los datos tomados de la vuelta rápida anteriormente ensayada. Se ha superpuesto las dos gráficas para hacer comparaciones con más facilidad.
Los datos interesantes, son de aceleración del vehículo, en la figura 2.6 se muestran los datos de ambos ensayos.
como negativos registrados.
En la figura 2.7 se ve en detalle la sección de telemetría correspondiente a, concretamente, la aceleración y la frenada.
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