Análisis Técnico – Suspensión FRIC

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En el complejo mundo de la Fórmula 1, si no avanzas y evolucionas, te quedas rezagado. Cada temporada es un nuevo año de desarrollo que sirve de escaparate para un nuevo tipo de dispositivo. Todo el mundo presenta quejas de legalidad, pero al final todos terminan copiándolo.

La Fórmula Uno siempre está madurando en innovación. En 2008, Ferrari instaló un agujero en el morro; en 2009, Brawn GP trajo el doble difusor; en 2010 McLaren introdujo el conducto F; en 2011, Red Bull implementó el difusor soplado y en 2012 innovó con el efecto Coanda. Además, ese mismo año Mercedes también sorprendió con el doble DRS, o DRS pasivo.

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Imagen por Giorgio Piola

Un área que ha despertado especial curiosidad en 2013 ha sido la interrelación de la suspensión, denominado ‘FRIC’ por los medios, lo que ayudó al Mercedes W04 y al Lotus E21 a alcanzar el extraordinario rendimiento que mostraron el pasado año.

Este sistema fue introducido por la marca germana en 2011 y, durante dos años, han estado trabajando en ella perfeccionando su mecanismo. Lotus se puso al día rápidamente con una solución similar. Incluso Marussia en el Gran Premio de China de 2013 presentó la suspensión FRIC como novedad técnica.

La suspensión interconectada de adelante hacia atrás o FRIC, es un mecanismo que une la suspensión delantera y trasera del monoplaza mediante sistemas hidráulicos dando una mayor estabilidad y conducción al piloto, sirviendo de una plataforma bastante consistente en términos de aerodinámica.

A diferencia del conducto S, F-Duct, DRS, o los escapes soplados, la suspensión FRIC es difícil de apreciar debido a que es un sistema completamente interno. El principio básico de este mecanismo está, esencialmente, en mantener las 4 esquinas del coche a una determinada altura bajo frenada, aceleración y a lo largo de una curva.

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Cableado de la suspensión activa del Williams FW14B de Nigel Mansell.

La única diferencia entre el sistema FRIC de la actualidad y el que usaba el Williams FW14 de 1993 de Alain Prost es que éste era totalmente electrónico y se controlaba desde el propio muro. Es decir, la idea introducida por Mercedes se basa en un sistema que no es eléctrico ni controlado por ningún parámetro que lo altere mecánicamente.

Las escuderías, durante años, han estado usando la suspensión interconectada en orden de controlar las tiranteces y empujes, sin embargo, la marca de la estrella ha querido controlar los dos efectos a la vez.

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Cableado de la suspensión activa del Williams FW14B de Nigel Mansell.

Las ventajas de utilizar este mecanismo dota al monoplaza de mayor agarre mecánico ayudando a crear una plataforma estable aerodinámicamente hablando.

Los aerodinamistas argumentan que un coche rígido es capaz de producir suficiente carga como para que la amortiguación sea irrelevante, de forma que en curva el coche sea succionado por el suelo. No obstante, el fondo plano debe estar a una cierta altura, con el consiguiente movimiento que esto conlleva. La suspensión activa hacía estos dos efectos en los 80 y principios de los 90 dando al piloto una mayor consistencia mediante el uso de ordenadores. El sistema FRIC intenta imitar esta suspensión de forma pasiva a través del uso de un sistema hidráulico.

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Mecanismo de la suspensión FRIC en el Minardi M193.

Nada es nuevo en Fórmula 1. Hace 20 años, cuando la suspensión activa ganaba en popularidad, Gabriele Tredozi (ex ingeniero de la Scuderia Toro Rosso y Minardi) y Aldo Costa (ex Minardi, Ferrari y hoy ingeniero de Mercedes), produjeron su propia suspensión pasiva en el Minardi M193.

Equipado con una suspensión tradicional, el monoplaza contaba con una bomba externa que preseurizaba el sistema. Funcionaba en los amortiguadores, los cuales estaban controlados por un circuito hidráulico que mantenían al sistema bajo presión. Luego hicieron el sistema completamente activo gracias a la electrónica, listo para usar al año siguiente. Desafortunadamente la FIA prohibió este sistema, por lo que se creó una innovación tecnológica, a pesar de que no pudiera ser utilizada.

No obstante, al año siguiente continuaron usándolo sin que fuera activo. El objetivo era minimizar la variación de altura entre la parte frontal y posterior durante frenada y aceleración. Con el fin de gestionar de forma pasiva el cabeceo del coche, se empleaban uniones cruzadas entre ambos ejes. De esta forma, cuando el monoplaza se encontraba bajo deceleración, el actuador delantero originaba un vacío en la zona posterior, ocupado por aceite, y, en consecuencia, la zaga del coche era aplastada hacia el suelo.

Así se lograba mantener la diferencia de altura sin cambios. La conexión cruzada también ayudaba en virajes. Cuando la carga era mayor en la rueda exterior trasera, intervenía la opuesta balanceando la carrocería.

Tyrrell introdujo su único sistema de suspensiones hidráulicas, un complemento clave en el Tyrrell Yamaha 023. La gran ventaja de este sistema es la de permitir el control independiente de los amortiguradores, dejando al coche que se adapte automáticamente a los trazados con gran precisión. El sistema ofrecía unos beneficios teóricos sustanciales, pero a la hora de la verdad esta ventaja no se observó, originando un coche nervioso y difícil de conducir.

Cuando un bólido atraviesa una curva, sufre un gran número de movimientos: se lanza en frenada, toma la curva y sale de ella. Hay muchos cambios en términos de estabilidad, altura y una importante cantidad de aerodinámica que se pierde en la carrocería como resultado de estos sucesos.

Con el ‘rake‘ siendo cada vez más importante en unos coches puramente aerodinámicos que son muy sensibles a cualquier cambio, minimizar el ángulo de balanceo es una gran ventaja. Fabricar un coche estable a estas variaciones dinámicas fijando la altura, la conducción se realiza de una forma mucho más fácil.

Este ha sido el objetivo desde finales de la década del año 2000. Evaluar las ventajas y desventajas de la carga aerodinámica en su transcurso por la carrocería manteniendo la altura estática de la máquina a medida que se circula por una curva a una cierta velocidad.

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La suspensión FRIC controla el balanceo, cabeceo y movimiento general del coche. Los tirones es el efecto de la subida o bajada vertical del monoplaza y tiende a ser causado por el efecto compresor aerodinámico a cierta velocidad. Cuando esto se produce en una sola cierta parte del coche, se conoce como cabeceo.

El cabeceo se forma cuando la parte frontal se hunde hacia el suelo en una frenada, siendo el peso y el balance del coche transferido hacia adelante. Durante la aceleración, el peso y el balance se distribuye hacia atrás, y por tanto la nariz se levanta.

El balanceo se forma cuando el coche toma una curva y el peso y el balance general del bólido se transfiere al lado opuesto, es decir, si la curva es a derechas, el peso y el balance se transfiere a la izquierda y viceversa.

Estos efectos tomará el grip de los neumáticos que no soporten el peso del coche. Más allá de ello, estos fenómenos trabajan en contra del comportamiento ideal de la aerodinámica en la carrocería. Los alerones, el suelo y el difusor serán menos eficaces cuando el coche está en continuo movimiento.

En un coche convencionalmente suspendido, las partes que controlan estos movimientos son puramente mecánicas. Para mitigar estos efectos cada esquina del coche puede tener muelles y amortiguación para cada rueda e incluso elementos que unen cada parte de izquierda a derecha al mismo tiempo, tales como una barra estabilizadora, un amortiguador estabilizador y algunas veces un Inerter (la versión legal del mass-damper).

 

El sistema FRIC se entiende como la unión hidráulica entre la suspensión delantera y trasera, pudiendo ser ajustada de forma similar a un repartidor de frenada. El dispositivo FRIC también conecta la parte izquierda y derecha de la suspensión, actuando como una barra antivuelco ayudando a mantener una altura constante y un equilibrio aerodinámico.

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La amortiguación individual de un coche convencional desplaza los fluidos hidráulicos a medida que la suspensión se mueve, creando una mayor presión al final de un amortiguador y menor en la otra. Actuando como un muelle, las válvulas en el pistón amortiguador controlan la frecuencia con la que el fluido se mueve entre las dos cámaras generando el efecto de amortiguación.

El concepto y diseño del mecanismo FRIC es simple. Cada esquina del monoplaza dispone de 3 elementos hidráulicos: un par de elementos fijados a cada varilla pull-rod/push-rod de control oscilante y un elemento central vinculado a cada dispositivo de control de cabeceo.

Los elementos de movimiento vertical, en rojo, conectan la zona delantera con la región trasera bajo el efecto de la frenada. Los elementos de giro, en color verde, unen ambos lados de la barra estabilizadora. Cada componente se une de izquierda a derecha y de delante hacia atrás. En el sistema FRIC, los fluidos no se desplazas de una cámara a otra, sino por tuberías a través del bloque de la válvula hasta la unidad hidráulica opuesta.

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Cuando el monoplaza frena, el peso se desplaza hacia adelante, la suspensión se comprime y la zaga aumenta su altura. La presión crece en una de las partes del elemento central de la suspensión, siendo transferida al elemento central de la parte posterior.

Esto incrementa el efecto del resorte en la zona anterior reduciéndose en la posterior, lo que se traduce en que la nariz no se hundirá hacia abajo en la frenada.

Cuando el coche está en frenada, las dos cámaras superiores forman una gran presión. Esto origina una resistencia entre los dos sistemas que desean desplazar sus fluidos.

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Esto se traduce en un aumento de la rigidez en esa zona, de forma que la estabilidad del coche sea más consistente para un mayor control del ala delantera y el difusor.

Otro beneficio del FRIC es la capacidad de rodar a baja velocidad con una gran carga aerodinámica. Además, a medida que se reducen el cabeceo y balanceo del coche, la carga a la que se someten los neumáticos se reduce ayudando en el proceso de gestión de gomas.

Con el sistema FRIC, los monoplazas pueden rodar con una configuración más dura en la suspensión sin comprometer el pilotaje del piloto ayudando indirectamente en la aerodinámica general del bólido.

Aunque exteriormente se ve un sistema bastante sencillo, lo cierto es que no lo es. Descrito parece fácil de implementar, pero para un correcto funcionamiento hace falta un estudio previo.

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A veces la suspensión puede ser demasiado rígida a bajas velocidades, por ello, se instala un resorte de gas que puede ser bloqueado a una cierta velocidad, de forma que conserve una suspensión blanda a baja velocidad a la par que mantenga el efecto hidráulico a altas velocidades.

No es un sistema inútil, ya que Mercedes ha necesitado 3 años para echarlo a andar. El mecanismo necesita incoportar válvulas de control de flujo para controlar el sistema de muelles y amortiguación. También se requieren unos acumuladores para calcular el volumen de fluido que se proporciona al sistema frente a los cambios de temperatura.

Quizá la mayor dificultad llegue a la hora de unir los circuitos de balanceo y cabeceo. Es cierto que es posible controlar ambos sistemas por separado, pero el coche los necesita a ambos. En una gran frenada al tomar una curva, el coche se hunde debido a la deceleración en una curva lenta, esto se conoce como empuje por curvatura. En estas condiciones se requiere un buen control del balanceo, previniendo que el coche se hunda, pero a la vez se necesita algo de cabeceo para inducir algo de grip mecánico.

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Si la tubería que une los elementos centrales pudiera elegir la válvula que reduce la transferencia de fluidos en los hidráulidos, se conseguiría configurar la rigidez en curva lenta. Por el contrario, el control de balanceo en las curvas rápidas en la frenada es más ligero por lo que se puede ajustar a un ajuste más duro para un mayor control aerodinámico, lo cual es crítico en curvas de alta velocidad.

Con este tipo de interconectividad, se puede diseñar distintos modos para el sistema de válvulas. Mientras la conmutación de la válvula se crea por las diferencias de presión en el sistema el mecanismo será legal.

Configurar el sistema hidráulico requiere un tiempo para cada pista. Sin duda, todo el trabajo que lleva Mercedes de adelantado se está viendo como resultado este año, ya que con una mejor aerodinámica está teniendo una ventaja arrolladora, y no sólo es por motor.

Fuentes: formula1-dictionary, car bibles, google

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