Alla scoperta del clipping, una particolare tecnica di gestione della parte ibrida della power unit, largamente utilizzata dalla Ferrari.
La Ferrari SF90 dispone di un considerevole vantaggio velocistico sui rettilinei rispetto a tutti i rivali, frutto della combinazione di un’alta efficienza aerodinamica e della bontà del propulsore.
Nelle ultime settimane si sono susseguite le voci di una presunta irregolarità della power unit di Maranello, andando a mettere sotto la lente d’ingrandimento prima l’intercooler del turbo e successivamente il flusso di carburante.
Andando ad analizzare le telemetrie in rettilineo delle monoposto Ferrari tuttavia, si osserva un interessante fenomeno riguardante la parte ibrida: il clipping.
Il clipping, che in inglese vuol dire letteralmente taglio, consiste in una riduzione o nel taglio della potenza elettrica erogata dalla parte ibrida delle power unit ad alte velocità.
Andando a rivedere l’on-board del giro che è valso la pole position del Gran Premio di Russia a Charles Leclerc, si sente come in fondo ai rettilinei i giri del motore calino.
L’osservazione è confermata dalle telemetrie a cura di Federico Albano. La Ferrari di Leclerc è costantemente più veloce rispetto alla Mercedes di Hamilton per tutto il rettilineo, salvo poi rallentare poco prima della staccata.
Il grafico dei giri motore infatti presenta un calo verso la fine, nonostante l’acceleratore sia a tavoletta. Dal momento che il flusso di benzina deve trovarsi al massimo, non può che trattarsi di un taglio della potenza ibrida.
Perché tagliare corrente?
I motivi per cui è conveniente non sfruttare pienamente il motore elettrico ad alte velocità sono due e sono legati alla resistenza aerodinamica e all’efficienza dell’MGU-K.
La resistenza aerodinamica aumenta quadraticamente con la velocità. Se questa raddoppia, il drag sarà quattro volte tanto, se triplica la resistenza diventerà nove volte quella iniziale e così via. Si può facilmente comprendere quindi come alla velocità di punta la resistenza aerodinamica sia notevolmente alta. Conseguentemente anche il consumo di energia elettrica e benzina aumenta considerevolmente.
In secondo luogo, vi sono ragioni legate all’efficienza dell’MGU-K, che altro non è che un motore elettrico. L’efficienza viene definita come il rapporto tra l’energia utile del motore, ossia quella meccanica che muove le ruote, e l’energia elettrica spesa dal motore stesso prelevandola dalla batteria. A parità di lavoro utile del motore per la spinta della vettura, un’efficienza minore equivale ad un consumo maggiore di energia.
L’efficienza del motore elettrico non è uguale in tutte le condizioni e ad alti giri di rotazione tende ad abbassarsi. L’efficienza è ulteriormente ridotta dal fatto che alla fine del rettilineo, dopo che l’MGU-K ha lavorato a pieno regime per svariati secondi, la temperatura del motore elettrico è più alta.
In conclusione, “tagliare corrente” ad alte velocità comporta un risparmio di energia maggiore che a velocità inferiori.
L’importanza del clipping per la Ferrari
Un altro modo per risparmiare energia ad alte velocità è la tecnica del lift and coast. Questa consiste nell’alzare il piede dall’acceleratore a fine rettilineo, interrompendo il flusso di benzina oltre che quello di corrente al motore elettrico.
Il clipping invece consente di risparmiare unicamente sulla parte elettrica senza rinunciare alla potenza del motore termico. Il clipping infatti viene comandato dalla centralina, tagliando corrente nonostante il pilota continui a premere sull’acceleratore.
Dal momento che non vi sono limiti sul consumo di carburante sul singolo giro, se non quelli legati al flusso di benzina, in qualifica il lift and coast non è necessario e il clipping diventa di estrema utilità.
Per capirne il motivo è necessario capire il funzionamento della parte ibrida delle power unit.
Le Formula 1 montano due motori elettrici, l’MGU-K e l’MGU-H. Entrambi sono in grado di ricaricare energia elettrica che viene immagazzinata nelle batterie.
L’MGU-H è collegato al compressore e può fornire energia elettrica illimitatamente all’MGU-K o spendere energia senza limiti per accelerare il compressore, che comprime l’aria necessaria alla combustione della benzina nei cilindri, aumentando la potenza del motore.
L’MGU-K invece può spendere fino a un massimo di 4MJ di energia al giro per fornire potenza meccanica all’albero di trasmissione e quindi alle ruote.
L’MGU-K ha quindi un limite alla quantità di energia elettrica che può utilizzare ad ogni giro ed ecco perché il risparmio di corrente grazie al clipping diventa fondamentale.
Le differenze tra Sochi ed Austin
Tuttavia, osservando le telemetrie in qualifica di tre degli ultimi quattro Gran Premi, il fenomeno è maggiormente evidente a Sochi rispetto che a Suzuka ed Austin. Questo è legato al fatto che a Sochi i freni vengono utilizzati per il 15% del giro e l’acceleratore è full gas per il 71%. Ad Austin invece il tempo in frenata è del 19% a fronte di un 62% del giro a tavoletta.
In Texas quindi vi è una maggior ricarica di energia nelle varie frenate, mentre quella spesa in rettilineo è minore. La batteria quindi non necessita di essere ricaricata nella stessa quantità dall’MGU-H, che può quindi spendere illimitatamente la sua energia per accelerare l’MGU-K. La necessità di risparmiare energia è quindi minore.
La spesa intelligente dell’energia
L’energia così risparmiata può essere utilizzata nella prima parte del rettilineo, aumentando l’accelerazione.
In tal modo il motore termico raggiunge prima i regimi di rotazione in cui si trova alla sua massima efficienza. Gestendo al meglio l’MGU-K, la parte ibrida può essere impiegata maggiormente a regimi più bassi e meno nelle fasi in cui il motore termico raggiunge la sua massima efficienza, riducendo anche il consumo di benzina.
Risparmiando energia inoltre, l’MGU-K riduce la necessità che questa gli venga fornita dall’MGU-H, nel cui scambio ricordiamo non esserci limiti. L’MGU-H può quindi essere usato per accelerare il turbocompressore, riducendo l’effetto del turbo-lag a basse velocità e aumentando la potenza sprigionata dal motore termico.
Il clipping è una strategia adottata da tutte le squadre, ma nella Ferrari sembra più evidente che in altre.
Sfruttare il motore elettrico alla sua massima potenza in un intervallo di tempo ridotto infatti crea notevoli problematiche di surriscaldamento, con problemi di affidabilità ed efficienza, innalzando il dispendio energetico. Un utilizzo così deciso del clipping potrebbe denotare quindi una grande efficienza della parte ibrida e del suo sistema di raffreddamento.
D’altro canto, ciò potrebbe essere sintomo di una necessità di abbassare le temperature dell’MGU-K alla fine dei rettilinei, diventando in tal caso più un indice di un problema cronico di raffreddamento che di eccellente gestione della parte ibrida. Le future evoluzioni delle power unit di Maranello forniranno maggiori indicazioni a riguardo. clipping Ferrari
