Trovare la potenza motore dal suo suono

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  1. <Gilles>
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    Visto che c'era curiosità su come facessero le squadre di F1 a conoscere la potenza dei motori degli avversari, ho pensato di descrivere a grandi linee il procedimento.

    Conoscere di quanti cavalli disponga il motore dei concorrenti è importante in F1, perchè grazie alla comparazione del motore proprio con quello della concorrenza, è possibile capire quale sono le macro aree della propria vettura che necessitano miglioramenti o che invece sono superiori e quindi è utile per scegliere dove indirizzare lo sviluppo, il tempo e i soldi.

    Oggi in F1 si è aggiunta anche un'altra variabile che determina la quota complessiva della potenza di una macchina di F1: la componente data dal motore elettrico.
    Essa non è rilevabile con gli stessi metodi che sono stati affinati negli anni per la rilevazione della potenza del motore a combustione, però la sua attività è facilmente individuabile e quindi la sua collocazione nel quadro complessivo della potenza utilizzata da una F1 in un dato istante, si trasforma in una semplice costante dal valore noto.

    Paradossalmente e proprio a causa dell'introduzione del motore elettrico, per una squadra di F1 diventa ancora più importante stabilire con accuratezza la dimensione di potenza e coppia data dal classico motore a combustione.
    Difatti conoscere con esattezza il funzionamento del motore a scoppio dei concorrenti significa automaticamente stabilire con altrettanta sicurezza le caratteristiche del motore elettrico; poichè una F1 è mossa dalla forza proveniente da questi due tipi di motore, conosciuto il funzionamento dell'uno, "gratuitamente" si conosce il funzionamento dell'altro.

    E' dagli anni '90 che la rilevazione della potenza dei concorrenti è diventata una scienza, grazie sopratutto all'evoluzione delle potenze di calcolo dei processori elettronici.

    L'analisi della potenza di una F1 dal suono che essa produce non è qualcosa di estremamente complicato, è qualcosa che si può anche fare a casa (vi sono software gratuiti per ogni passaggio necessario), seppur con un minore grado di precisione.
    Per i migliori risultati bisogna dotarsi di un buon microfono ed essere vicini al passaggio della macchina, poichè il suono che arriva dai cameracar è volutamente privato di alcune componenti del suono e troppo compresso, un pò come succede per le rilevazioni della telecamera ad infrarossi che in TV ci mostra le temperature del pneumatico, anche in quel caso le informazioni con le bande di colore sono volutamente compresse e rese meno sensibili della realtà, per evitare di dare alle squadre concorrenti le esatte informazioni.

    Il procedimento che i tecnici delle squadre utilizzano è schematizzabile così:


    (i) Si registra il suono prodotto dalla F1.
    Solitamente il tecnico della squadra che rileva i dati si piazza a bordo pista, con un buon microfono ed in un punto dove il motore gira al massimo per il massimo periodo possibile (il che significa talvolta pochi decimi di secondo) e meglio ancora se ciò corrisponde al punto di massima velocità dell'auto.
    Viene tenuto conto anche dell'effetto Doppler, che comprime onde sonore del motore quando questo si avvicina al microfono e viceveresa quando si allontana.
    L'ideale per loro sarebbe avere un microfono stazionario sulla macchina o il poter riprenderne il suono per qualche decimo di secondo quando si muove ad una distanza sempre costante dal microfono.


    (ii) Sulla registrazione, che si può facoltativamente ripulire di tutte le componenti audio non significative per un risultato migliore, si applica una funzione chiamata trasformata discreta di Fourier.
    Questa trasforma il segnale catturato - che è una funzione che lega il suono ascoltato nel tempo - in una funzione che esprime frequenze in funzione del tempo, cioè uno spettro. Quello che si ottiene è un insieme di coefficienti di una somma di sinusoidi di diverse frequenze ed ampiezze.
    Ciò è importante per l'analisi del suono del motore, poichè le frequenze delle sinusoidi sono multipli di una frequenza chiamata fondamentale.

    Quando un motore a combustione è acceso, vengono prodotti dei suoni - in realtà vengono definiti rumori per la loro forma d'onda irregolare - che a livello fisico non sono nient'altro che delle frequenze.
    La rotazione dell'albero motore produce una frequenza udibile, che cambia a seconda del tipo di albero motore.
    Il movimento delle valvole produce altre frequenze udibili, così come la fase di accensione nei cilindri, la miscela combusta spinta negli scarichi, il movimento degli ingranaggi del cambio e così via.

    Tra tutte le frequenze prodotte, ogni motore ha una frequenza fondamentale, che è funzione dei g/min del motore.
    Quando il cilindro si trova nella fase di accensione ed in quella di scarico, vengono prodotte delle frequenze derivanti dallo scoppio della miscela aria/carburante e dall'accelerazione della miscela combusta nei collettori di scarico.
    Queste frequenze sono derivanti dalla frequenza di scoppio, cioè dipendono da essa e costituiscono la frequenza fondamentale per quei g/min.

    Tutte le altre frequenze, gli ingranaggi del cambio, il rotolamento degli pneumatici, il sibilo di accelerazione e decelerazione della turbina e del compressore, gli scarichi, non toccano la frequenza fondamentale.
    Gli scarichi, in particolare, possono entrare in risonanza con una particolare frequenza, per esempio amplificando le frequenze che vanno da un certo Hz ad un altro Hz, oppure possono smorzare altre frequenze.
    Però gli scarichi non possono modificare le armoniche, possono solo amplificarle o smorzarle e solo nel momento in cui quella particolare armonica con la quale vanno in risonanza è presente, per cui gli scarichi sono completamente inerti di fronte alla maggior parte delle frequenze e quando entrano in risonanza, quel che fanno in realtà è solo quello di enfatizzare una armonica su un altra, ma ciò non modifica le frequenze. In definitiva, la frequenza fondamentale del motore non può venire nè confusa nè nascosta da tutto ciò che sta intorno al motore.
    E' lo stesso fenomeno che accade quando si pizzica la corda di una chitarra: si producono delle frequenze e la cassa di risonanza amplifica alcune armoniche di quelle frequenze, restituendo una timbrica più corposa o più acuta.
    Se si cambia la cassa di risonanza, o addirittura la si distrugge, pizzicando la corda, verranno emesse sempre le stesse frequenze, cambieranno solo le armoniche amplificate.

    In figura sono riuscito a trovare un tracciato delle frequenze di un motore Renault V6 turbo durante la fase dei test nel 2013.
    Nel riquadro nero, chi ha fatto l'analisi ha indicato il momento in cui è stato raggiunto il regime massimo di rotazione.
    Si vedono tra l'altro verso sinistra i vari passaggi marcia, dove la traccia rossa "stacca" e ricomincia ad una frequenza inferiore, che è spiegato dal minore numero di combustioni al minuto.
    Nello spettro vi sono diverse frequenze che si impongono sulle altre ed è facilissimo notare quale sia la fondamentale, che infatti è stata segnata a 530 Hz.
    Non solo, ma la frequenza di 530 Hz è l'unica che ha un ordine di armoniche, che si vede al suo multiplo a 1060 Hz e se si guarda bene, anche nell'ulteriore multiplo a 1590 Hz.





    Nel corso delle prime gare della stagione 2014, sono stati analizzati gli spettri di alcuni motori nelle condizioni migliori, come nel punto (i).
    La frequenza fondamentale trovata è stata di 585 Hz.

    Per conoscere a quanti g/min corrispondano, basta ricordare che in un motore a quattro tempi, la combustione in un cilindro avviene ogni 2 giri dell'albero motore. Per i V6 della F1, vi sono quindi 3 combustioni per ogni giro dell'albero.
    Quindi il numero di accensioni al minuto è:

    585 * 60 = 35.100

    ed i g/min sono:

    35.100 / 3 = 11.700

    Come "prova del nove", si possono guardare i camera car durante la gara di alcune vetture nei primi GP del 2014 e si vedrà che dalla sovraimpressione dei g/min che ci dà la FIA, i motori arrivavano a fine rettilineo proprio intorno a 11.700 g/min, il che ci conferma che l'analisi spettrale è corretta.


    (iii) Dalla registrazione, si assegnano le marce usate dal pilota ai g/min. E' una cosa che si può fare anche ad orecchio, quando si è in circuito, partendo dall'uscita box dove presumibilmente il pilota esce in Ia, oppure partendo dalla marcia più alta utilizzata dal pilota sul rettilineo più veloce, presumibilmente la VIIIa, e contando i passaggi di marcia o le scalate.
    Alla fine dell'assegnazione, avremo il grafico di un giro percorso dal pilota simile a quello qui sotto, con una correlazione tra il tracciato rosso dei g/min e quello viola delle marce, per cui si conoscerà ad ogni istante il g/min del motore e la marcia utilizzata (non guardate le altre curve colorate).





    (iv) Dal grafico si calcola quindi il rapporto relativo tra le varie marce. Per farlo, si usa la caduta dei giri del motore ad ogni passaggio marcia.
    Se per esempio, per passare dalla VIIa alla VIIIa marcia i giri motore si abbassano da 11.700 a 10.700, significa che la VIIa marcia è 1,09 volte la VIIIa marcia e se per esempio tra la VIa e la VIIa i giri scendono da 11.700 a 10.400, il rapporto tra la VIa e la VIIa è 1,13 e così via per tutte le marce.
    Alla conclusione si hanno tutti i rapporti relativi tra le marce.


    (v) Ora si calcola il rapporto finale (assoluto e non più relativo) della trasmissione quando è inserita la marcia più alta, così da avere il dato certo del rapporto della marcia più alta.
    Infine utilizzando questo e moltiplicandolo per i rapporti relativi, si hanno i rapporti di tutte la altre marce.

    Il rapporto di coppia conica è ininfluente perchè costante, dal regolamento sappiamo che le ruote hanno un diametro di 0,33 metri (13 pollici), mentre dall'analisi fonometrica si conoscono i giri del motore e la velocità in un punto, per esempio quello di velocità massima. Ipotizziamo di aver rilevato come velocità massima in quel punto 300 km/h, pari a 83,3 m/s. Per chi vuole farlo da casa, deve guardare la velocità massima che si legge dal camercar.
    Convertendo i giri motore a radianti per secondo (perchè è la grandezza usata nel Sistema Internazionale per la velocità angolare) si ha:

    11.700 g/min * 2 * pi / 60 = 1.225 rad/s

    raggio ruote: sono delle 325/55 R 13 e quindi 13" * 2.54 cm / 2 + 0.325 m * 0.55 = 0.343 m
    velocità rotazione ruote = 83,333 m/s / (2 * pi * 0,343 m) * 2 * pi = 242,954 rad/s

    Dunque il rapporto di VIIIa marcia é:

    1225 / 243 = 5,04

    Con i rapporti relativi tra le marce ora calcoliamo i rapporti di tutte le marce:

    VIIIa =5,04
    VIIa = 5,04 * 1,09 = 5,49
    VIa = 5,49 * 1,13 = 6,20

    e così via fino alla Ia marcia.


    (vi) A questo punto si può tracciare il grafico velocità sul tempo, partendo dai dati dei giri motore sul tempo.
    Per esempio, in un punto dove il motore gira a 11.700 e la macchina è in VIa marcia, la sua velocità è:

    11.700 / 6,20 * ((2 * pi / 60) * 0,343) = 67,316 m/s (= 242 km/h)

    Adesso si conosce il completo profilo della velocità e dei giri motore sul tempo.
    In altre parole, si conosce la velocità della macchina della concorrenza in ogni punto del tracciato ed a quale regime motore era presente in quel punto.
    Come si può capire, è un risultato molto importante per ogni approfondimento di analisi sulla concorrenza.

    Per esattezza, rimangono dei "vuoti" di conoscenza, in corripondenza delle scalate, lunghi un pò meno di mezzo decimo di secondo, perchè in quei momenti la frizione disaccoppia il motore dalla velocità delle ruote.
    Però è possibile rimediare a questo con diversi metodi, sia con stime sia con integrazioni, non mi dilungo a discuterne.


    (vii) Ora va dedotta la potenza del motore.
    Brutalmente e solo per far capire come sono i termini del problema, ai tecnici che lavorano sullo studio della concorrenza, una volta che hanno il grafico velocità/tempo, serve solo conoscere la massa della vettura avversaria ed i suoi valori di attrito, per conoscere da una parte le accelerazioni e dell'altra la potenza del motore.

    Il metodo che si utilizza procede per affinamenti successivi. I risultati finali sono di alta precisione e si può ottenere la potenza del motore dei concorrenti con un errore limitato a meno di 3/5 cavalli.
    Avere il grafico della velocità su tempo in un circuito conosciuto, in sè non sarebbe esaustivo per conoscere la potenza del motore della vettura cui il grafico si riferisce.
    Ma quando si ha questo tipo di grafico e l'oggetto studiato [vettura della concorrenza] è all'interno dello stessa sistema regolamentare, il numero di variabili (dato incognito) che diventano costanti (dato conosciuto) aumenta considerevolmente, il che permette di trovare, per iterazioni successive e per esperienze successive (cioè GP dopo GP e sopratutto dopo aver studiato le condizioni di qualifica dove i concorrenti presumibilmente cercano la massima prestazione) il valore esatto di tutti quei parametri che all'inizio erano incerti e le cui grandezze esistevano in un intervallo di valori. In altre parole, più vi sono rilevamenti, più il cerchio si "stringe" ed alla fine il parametro prima congetturato e poi stimato, diventa certo.
    La squadra che effettua i rilievi ha il vantaggio di trovarsi in un campo conosciuto ove lei stessa opera, in cui la maggior parte dei parametri sono limitati per regolamento e sono relativamente pochi quelli da trovare.
    Con questo voglio far notare quello che in apparenza sembrerebbe un paradosso ma che invece non è, cioè per il gruppo dei tecnici che studiano i dati, è più difficile stimare il dato della potenza del motore di una macchina di serie o di una categoria della quale non si ha esperienza, rispetto ad una macchina di F1. In altre parole, la conoscenza del funzionamento di una F1 e del suo regolamento permettono di capire più facilmente la F1 dei concorrenti.

    Operativamente, la ricerca dei parametri mancanti avviene tramite l'uso dei computer, che eseguono particolari algoritmi detti genetici per la loro similitudine con alcuni meccanismi biologici.
    Gli algoritmi genetici forniscono i migliori risultati in ambiti dove va ricercata una soluzione che sarebbe impossibile o non praticabile ricercare con algoritmi di tipo più classico, basati sul confronto e ricerca di tutte le possibili soluzioni.

    Il punto di inizio della ricerca delle variabili mancanti che servono per arrivare al dato della potenza del motore è la stessa propria auto.
    Si parte simulando il comportamento della propria F1 attraverso il software di simulazione, come se non si conoscesse il comportamento reale nè le soluzioni adottate sulla propria vettura di F1.
    L'obiettivo è di far coincidere un giro virtuale, simulato al computer, della propria auto con quello misurato in un giro reale della propria stessa auto, modificando alcuni parametri, per esempio della potenza, efficienza volumetrica, dell'attrito aerodinamico, di efficienza aerodinamica, della distribuzione dei pesi, in funzione della velocità nei vari punti della pista.
    Quando il tempo sul giro della simulazione virtuale coincide col tempo sul giro fatto dalla propria stessa macchina, i parametri sono corretti e possono essere utilizzati per studiare le macchine della concorrenza, con gli aggiustamenti del caso.
    Per esempio, parlando di aggiustamenti necessari per la vettura della concorrenza, si sa che ogni F1 ha una aerodinamica diversa e che questa incide sulle velocità massime raggiungibili, anche se per caso il motore fornisse la stessa potenza alle due diverse macchine. Per cui è necessario inserire nel sistema come parametro il dato di resistenza aerodinamica della F1 concorrente in luogo della propria.
    Fotografando una macchina rivale dal piano frontale (dal davanti) si ricava la sua sezione frontale, che viene utilizzata come parametro in luogo di quella della propria macchina.
    Quando questa macchina uscirà dai box in un weekend di gara con una inclinazione diversa dell'ala posteriore, cambierà la sua sezione frontale e quindi la sua resistenza aerodinamica.
    Rilevando i dati che portano al grafico della velocità/tempo anche in quella configurazione aerodinamica e fotografando la vettura per ricavarne il dato della sezione frontale, si avrà un doppio confronto che permetterà l'individuazione di altri parametri, che cesseranno di essere variabili e che diventeranno delle costanti conosciute.

    Ai tecnici che lavorano sullo studio della concorrenza, sono noti molti parametri.
    Il regolamento impone la costruzione di motori molto simili, con lo stesso numero di cilindri ed architettura, stesso numero di valvole, stesso interasse, una massima pressione di iniezione, flusso di carburante limitato ecc., questo fornisce molti punti fermi.
    Gli pneumatici che sono così importanti per determinare i valori di attriti viscoso e volvente sono i medesimi, può cambiare solo la loro pressione di gonfiaggio ed è facilmente osservabile.
    La sezione frontale è conoscibile.
    Ben regolamentate devono essere la forma e l'estensione della carrozzeria.
    La formula di base più importante per il calcolo della resistenza dell'aria:

    F = 1/2 * Cd * A * rho * v^2

    dove F è la forza di attrito, Cd è il coefficiente di attrito, A è l'area frontale, rho rappresenta la densità dell'aria e v è la velocità dell'auto, ha tutti termini noti tranne Cd, che nonostante ciò, non è un'incognita completa e si può inizialmente approssimare.
    Va aggiunta anche la forza resistente data dagli altri attriti, ovviamente, così come i miglioramenti alla formula generale della resistenza dell'aria che ogni squadra custodisce gelosamente.

    La forza esercitata dal motore sulle ruote, che è importante per passare dall'attività del motore ai suoi effetti pratici, è data da:

    F = Cm * tr * eff / r

    dove Cm è la coppia espressa dal motore ad un certo numero di giri, tr è il rapporto di trasmissione finale, eff è l'efficienza della trasmissione, r è il raggio delle ruote (la coppia arriva al mozzo ruota), con la coppia che è una variabile e con l'unica incognita che è l'efficienza di trasmissione.
    Ma anche qua, a causa di regolamento e di scelte tecnologiche obbligate, le differenze tra una trasmissione e quella di un'altra squadra sono minime e si può iniziare ad usare come parametro il valore della propria macchina.

    L'elemento probabilmente più difficile da conoscere è la resistenza offerta al passaggio dell'aria nelle pance, che dipende dalla fluidodinamica interna alla vettura e che è tuttora oggetto di un interesse di progettazione vivace tra i vari uffici tecnici, se pensiamo agli sforzi fatti negli ultimi due anni da qualche squadra per cercare di ottenere il miglior raffreddamento possibile, rallentando al contempo il meno possibile il passaggio dell'aria.

    Ad ogni modo, la ricerca di tali variabili mancanti è proprio l'oggetto della procedura descritta sopra.
    E tramite questa, la potenza del motore avversario viene trovata.


    **** Capitolo KERS ****

    A questa determinazione della potenza va aggiunto il contributo del KERS, in F1 dal 2009, dal 2014 diventato MGU-K.
    In realtà il KERS/MGU-K non influenza minimamente il discorso fatto finora, per cui il lavoro è finito.

    La ragione è che io ho costruito tutto il ragionamento ipotizzando di prendere i dati a fine rettilineo, nel punto di velocità massima, dove il KERS non è funzionante.
    Infatti il KERS viene utilizzato dove può maggiormente essere utile in termini di tempo sul giro, dove riesce a rendere più piatta e alta la curva velocità sul tempo.
    Ciò accade alla velocità minore possibile, perchè a quella velocità sono minori gli attriti ed un surplus di potenza genera una accelerazione maggiore di quella possibile ad una velocità maggiore.
    Con una aggiunta: il surplus di potenza del KERS deve essere "accettato" dagli pneumatici, cioè la sua azione non deve far insorgere il fenomeno del pattinamento, che produrrebbe una dissipazione della potenza senza aumentare la velocità.
    Quindi il KERS viene utilizzato a partire da una velocità, che è definita dalla minima tra la minima velocità possibile e la minima velocità alla quale gli pneumatici di trazione possono accettare un surplus di potenza oltre a quello già gestito proveniente dal termico.

    Qui potrebbe esserci un dubbio: e se la macchina raggiungesse la velocità massima con l'aiuto del KERS, come si potrebbe capire a quanto ammonta l'erogazione del motore a combustione?

    Il fatto che il KERS, aumentando la potenza, poniamo, ad inizio rettilineo, possa far giungere la macchina alla rilevazione della velocità massima prima di quanto farebbe la stessa macchina senza utilizzare il KERS, non influenza la lettura della velocità massima così come essa scaturisce grazie al lavoro del motore termico.
    Infatti la velocità massima di un'auto è la velocità alla quale le forze propulsive che produce bilanciano perfettamente le forze di resistenza (esterne - attrito viscoso e volvente ecc. - ed interne, quali gli attriti del motore, della trasmissione ecc.).
    La velocità massima, se venisse raggiunta grazie all'apporto del KERS - contro ogni principio di corretta utilizzazione, come abbiamo visto sopra, magari, diciamo, per "confondere" gli ingegneri avversari che stanno rilevando la prestazione - succederebbe che, esaurita la spinta addizionale del KERS, la macchina rallenterebbe in rettilineo, malgrado l'acceleratore premuto al massimo.
    Difatti il raggiungimento della velocità massima sarebbe il punto di equilibrio tra forza del termico + forza del KERS e che pareggerebbe le forze di attrito.
    Tolta la forza del KERS, la forza del termico non sarebbe sufficiente a vincere quelle forze di attrito e la macchina rallenterebbe fino a raggiungere una velocità costante ed inferiore, dove si trova il punto di pareggio tra forza generata dal termico e le resistenze.
    L'ingegnere che rileva i dati si accorgerebbe di questo comportamento e non prenderebbe in considerazione quel dato di velocità massima, aspettando un giro più "onesto".

    Anzi, un comportamento del genere, sarebbe prezioso per l'ingegnere che rileva i dati, a causa del regolamento, che prevede una quantità limitata al giro di utilizzo del KERS, per cui le sufficienti accelerazioni nello stesso giro sarebbero molto utili per affinare le conoscenze sulla potenza del termico, poichè esse sarebbero differenti da quelle dei giri precedenti dove il KERS era stato usato in maniera più appropriata.

    E se un giorno il regolamento prevedesse che il KERS possa essere utilizzato sempre nel giro, a potenze variabili a partire anche solo di 1 CV e fino ad un certo limite superiore - 100, 200 o 300 CV -, tutto il discorso fatto finora cadrebbe?

    No, sarebbe sempre possibile conoscere la potenza del termico e conoscere la potenza di quello elettrico, istante per istante.
    Il lavoro degli ingegneri concorrenti sarebbe sempre quello della identificazione dei parametri col quale far coincidere il tempo virtuale con quello reale.
    Se il KERS ha un limite superiore di potenza applicabile, vi saranno accelerazioni, dove la macchina inizia ad accelerare da una certa velocità, superiori ad altre dove la macchina inizia ad accelerare da altre velocità e la comparazione tra queste darebbe la percentuale di potenza massima esprimibile dal KERS che è stata utilizzata.
    Per sottrazione, si arriverebbe sempre alla determinazione esatta della potenza del termico e quindi di quella dell'elettrico.


    In definitiva, l'analisi acustica dei motori di F1 è uno strumento insostituibile delle conoscenze che ha una squadra sulle altre.
    Tramite questo, una squadra può conoscere la potenza del motore a combustione avversario, la potenza generata dal secondo motore elettrico, la sua efficienza aerodinamica nelle varie curve e rettilinei e di conseguenza può anche venire a conoscenza di eventuali aggiramenti dei regolamenti in tema di flessibilità aerodinamica.

    Edited by <Gilles> - 17/2/2015, 19:05
     
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  2. nelson66
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    Grazie Nicola................ la prima sera che soffrirò di insonnia al posto di contare le pecore leggerò il tuo chilometrico post :D :lol: ;) :rolleyes:
     
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    Giusto una nota, i 13 pollici sono riferiti ai cerchi, non alle ruote, cmq uguali per tutti e qui di non cambia il ragionamento.
    Piuttosto, mi sta bene il discorso del kers ma non ho capito come viene elaborato il contributo del mgu h.
    Mo me lo rileggo
     
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  4. <Gilles>
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    Hai ragione, mi sono perso un pezzo sul foglietto che ho scribacchiato. Ora modifico i calcoli.

    Per quanto riguarda il MGU-H, è ininfluente e non l'ho trattato, perchè non contribuisce direttamente alla spinta che fa ruotare le ruote; gli elementi che generano la coppia motrice sono solo il motore termico, l'elettrico, la trasmissione e le ruote.
     
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  5. nelson66
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    CITAZIONE (<Gilles> @ 17/2/2015, 16:32) 
    Hai ragione, mi sono perso un pezzo sul foglietto che ho scribacchiato. Ora modifico i calcoli.

    Per quanto riguarda il MGU-H, è ininfluente e non l'ho trattato, perchè non contribuisce direttamente alla spinta che fa ruotare le ruote; gli elementi che generano la coppia motrice sono solo il motore termico, l'elettrico, la trasmissione e le ruote.

    scusa Nicola, ma definire "ininfluente" l'MGU-H non lo trovo assolutamente corretto

    La forza della PU Mercedes sembra sia proprio il fatto di generare con quest'ultimo energia in maniera continuativa in modo da fornire al MGU-K un surplus di potenza su tutto il giro in aggiunta ai 4 Mj che da regolamento possono essere stoccati nelle batterie ed utilizzati per i 33 secondi al giro, il che vuol dire che il motore termico è sempre aiutato dal motore elettrico e quindi con una bella iniezione di cavalli aggiuntivi

    E' proprio quello che rende "inesatti" i valori sulle potenze disponibili................ o meglio: probabilmente con i metodi da te indicati possono avere un idea di quanto è il picco di potenza, ma dubito che possano capire per quanto tempo questo sia disponibile nell'arco del giro (33 secondi come da regolamento? o un minuto? o illimitatamente nel giro? ........................ perchè cambia, e di molto, la sostanza delle cose in termini di prestazioni sul giro)


    riprendo lo schema che girava ad inizio dello scorso anno in cui la freccia con l'indicazione NO LIMIT tra MGU-H ed MGU-K indica queloo che ho cercato di spiegare sopra

     
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    Claudio, giusta osservazione, ma il punto è questo:
    la forza che spinge una F1 può derivare solo da due motori: quello a combustione e quello elettrico del MGU-K.
    Il MGU-K per regolamento può fornire al massimo 163 CV (120 kW).

    Il MGU-K può fornire in qualsiasi momento tra 0 e 163 CV.
    Ma questo succede anche al termico, può fornire in qualsiasi momento tra 0 e 850 CV circa.

    Quando un corpo si muove ad una velocità, sia questo un proiettile, un ghepardo, o una F1, significa che quel corpo è spinto da una forza che bilancia esattamente quelle resistive.
    Conoscendo le forze resistive si conosce per definizione la forza propulsiva.
    E questo è l'obiettivo dell'indagine che ho schematizzato sopra.

    Quindi, per il picco di potenza, come hai scritto, nessun problema, solo un pò di pazienza per progressivamente sistemare tutte le variabili ed ottenere un dato certo.
    Per conoscere invece la composizione della potenza osservata tra i due motori, viene usato estensivamente il grafico velocità su tempo.

    Faccio un esempio stupido, poniamo che le forze di resistenza al punto di velocità massima ci dicano che la forza con la quale la macchina è spinta è data dai valori
    Forza sviluppata = x + 163
    dove x è la potenza del motore a combustione (ICE) e 163 è l'elettrico (MGU-K) che ipotizziamo sia sfruttato al massimo.
    Nota: sto inventando i numeri per facilità di discussione, e non sto neanche a fare rigorose distinzioni tra forza e potenza, che non ci interessano.
    Poniamo x = 800 CV, il numero che soddisfa l'equazione di sopra, in base alle nostre osservazioni.
    All'uscita di curva successiva alla rilevazione di velocità massima, la macchina accelera.
    L'accelerazione che osserviamo è però superiore a quella che potrebbe dare una macchina di quella massa con 800 + 163 CV complessivi.
    Perchè la nostra osservazione sull'accelerazione sia corretta, in base ai parametri di tutte le caratteristiche della macchina che stiamo ancora calibrando, calcoliamo che per accelerare così servano 1013 CV.
    Ipotizziamo che nell'accelerazione siano stati usati tutti i 163 CV del MGU-K e quindi correggiamo il dato sulla velocità massima; dato che 800 + 163 CV bastavano a raggiungere quella velocità, significa che la composizione di potenza tra i due motori deve essere 850 + 113, quindi probabilmente il MGU-K non ha sufficiente energia per essere sfruttato a pieno nel punto di velocità massima.

    Proseguendo, nella curva immediatamente successiva facciamo un'osservazione aerodinamica.
    Con i parametri aerodinamici che avevamo fino a questo punto, avevamo calcolato che la macchina potesse percorrere la curva a 200 km/h, invece rileviamo 210 km/h.
    Ciò è possibile solo se la vettura produce più carico aerodinamico di quanto pensavamo e questo, collegato all'efficienza aerodinamica, significa anche che la macchina ha un certo valore di resistenza aerodinamica superiore a quanto creduto finora.
    Ciò significa che nel punto di velocità massima, devono servire 20 CV in più di quanto trovato prima.
    Dato che il valore di potenza dell'ICE soddisfa i vincoli trovati per l'accelerazione all'uscita di curva, significa che la composizione della potenza dei motori nel punto di velocità massima deve essere aggiustata a 850 + 133.

    Estendendo per un attimo i possibili esempi ma fermandomi subito, si può ricordare che l'ICE genera una coppia che dipende dal suo regime di rotazione, mentre il MGU-K ha invece una coppia pressochè costante.
    Osservando le accelerazioni a diverse velocità, diventa evidente anche l'andamento della coppia dell'ICE, perchè il grafico della velocità su tempo mostrerà ad alcune velocità, delle accelerazioni troppo pronunciate perchè possa esserci stato solo il contributo di un ICE in quel momento sottocoppia, e ciò lo denunceranno proprio quegli andamenti delle accelerazioni dove l'ICE potrà dare un maggior contributo.

    In definitiva, la divisione osservabile tra il contributo ICE ed il MGU-K non avviene solo nei momenti in cui c'è la massima prestazione, ma anche durante le accelerazioni e sull'influenza aerodinamica alle diverse velocità.

    Questi aggiustamenti li esegue il software di cui si parlava all'inizio.
    Le combinazioni fuori logica, così come è stata osservata, vengono scartate, restringendo sempre più il campo delle soluzioni accettabili.
    Tanto per capire, poniamo di contestare i valori di potenza dell'esempio sopra.
    Poniamo che si creda che la velocità massima sia raggiunta solo con l'ICE, 983 CV, perchè si ritiene che la squadra avversaria sia riuscita a costruire, sorprendentemente, un motore molto potente e superiore alle nostre conoscenze tecniche.
    Nella accelerazione successiva, la potenza necessaria rilevata è sempre di 1013 CV.
    Ciò significherebbe che la potenza impegnata del MGU-K sia di soli 30 CV.
    Sarebbe possibile?
    No.
    Infatti, se il regolamento permette l'uso di 163 CV del MGU-K, perchè non utilizzarli, dato che sono "gratis"? Ricordiamo che il MGU-K può usare anche l'energia usata durante le frenate, se non si volesse/potesse usare quella del MGU-H.
    Ma insistiamo, e diciamo che non si volesse rivelare che si è riusciti a costruire un ICE da 983 e per cui si utilizzano solo i 30 CV del MGU-K così gli avversari non si accorgano della superiorità dell'ICE.
    La cosa verrebbe scoperta nell'accelerazione dove servono i 1013 CV.
    Infatti l'erogazione della coppia dell'ICE, dato che non è sempre massima ma cambia in funzione dei giri/motore, non sarebbe sufficiente per ottenere l'accelerazione osservata.
    Sarebbe evidente che è presente una seconda coppia più lineare.
    Oppure, continuando a fare gli "avvocati del diavolo", ragionando per assurdo, ci sarebbe un secondo metodo: si potrebbe accelerare più lentamente, così verrebbe giustificata l'accelerazione agli occhi degli osservatori esterni.
    Ma questo è un paradosso: si sarebbe costruito un motore superiore alla concorrenza per farlo andare più piano dei suoi limiti.

    Tutte queste possibilità comunque, anche quelle ai limiti del paradosso, vengono esaminate e progressivamente eliminate.
    Quello che rimane alla fine è la esatta potenza del motore a combustione e per quanto tempo e con quale potenza si utilizza l'elettrico.
     
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