Brembo è presente in Formula 1 da ben 48 stagioni e nel corso di questo arco temporale la tecnologia degli impianti frenanti ha subito un’incredibile evoluzione, passando dai dischi freno in acciaio ai dischi in carbonio, fino ad arrivare all’utilizzo del Brake-By-Wire, con il recupero dell’energia cinetica in frenata.
Il grande impegno della storica azienda italiana e il suo straordinario palmares di vittorie (27 campionati del mondo piloti e 32 campionati del mondo costruttori) le hanno permesso di guadagnare una fiducia enorme all’interno dei team, diventando sempre più protagonista del mondiale di Formula 1.
A partire dal 2022, per la prima volta nella storia, l’azienda rifornisce tutte le dieci squadre presenti in griglia. Le pinze freno sono tutte Brembo, ad eccezione di quelle installate sulle monoposto McLaren, equipaggiate di pinze AP Racing, che però fa comunque parte del Gruppo Brembo, a partire dal 2000.
Recentemente il Gruppo Brembo è stato anche al centro dell’interesse dei media, dopo aver annunciato il trasferimento della sede legale in Olanda, per avere maggiore libertà, proprio in termini di acquisizioni societarie.
I nuovi regolamenti
Gli impianti frenanti della Formula 1 sono da sempre in continuo sviluppo, ma una grande modifica è stata introdotta a seguito del cambiamento del regolamento tecnico nella stagione 2022.
Le novità più importanti sono state il passaggio dai cerchi da 13” a quelli da 18” e la re-introduzione dell’effetto suolo, con il conseguente aumento delle prestazioni, cioè delle forze laterali e longitudinali scambiate.
È pertanto aumentata la richiesta di coppia frenante, rendendo necessario aumentare le dimensioni dei componenti, come dischi, pinze e pastiglie, potendo tra l’altro trovare un alloggiamento più grande all’interno del cerchio da 18”.
Le dimensioni
Il diametro esterno dei dischi anteriori è passato da 278mm a 328mm (con lo spessore massimo invariato di 32mm), mentre al posteriore si è passati dai 266mm a 280mm, con un incremento anche dello spessore, da 28mm a 32mm.
In ottica di riduzione dei costi, all’anteriore il numero di fori di raffreddamento radiali è sceso da 1480 fori a un range tra i 1.000 e i 1.100 fori, e al posteriore da 1.050 fori del 2021 a 900, con un diametro minimo di 3 mm.
La ventilazione del disco avviene in due modi: tramite i fori, cioè grazie al passaggio di aria che avviene dall’interno verso l’esterno del disco, oppure attraverso il cosiddetto “face cooling” con l’aria che viene guidata, tramite dei componenti simili ad anelli, sulla faccia esterna del disco in modo da raffreddare la superficie frenante.
La massa
A seguito di queste maggiorazioni, l’aumento di peso complessivo dell’impianto frenante è stato inizialmente di circa 3 kg.
Nel 2023, grazie al lavoro di ottimizzazione del design da parte degli ingegneri del Gruppo Brembo, si è riusciti a ridurre di circa 300/350 grammi la massa totale dell’impianto, lavorando sulle geometrie delle pinze e sulla riduzione delle masse nelle zone meno sollecitate.
Oltre al valore in termini assoluti, il principale vantaggio è quello di poter ridistribuire le zavorre in posizioni utili a migliorare il bilanciamento vettura, il cui peso minimo deve restare per regolamento a 798kg.
Le pinze, realizzate in alluminio-litio e ricavate dal pieno, possono avere per regolamento al massimo 6 pistoncini.
TECH TALK CON I RACE ENGINEER DI BREMBO
Curiosi di capire i dettagli realizzativi e lo sviluppo degli impianti frenanti delle F1, abbiamo fatto una chiacchierata con Matteo Casti e Stefano Pavan – entrambi F1 Race Engineer per Brembo Racing – parlando di come avviene la frenata sulle monoposto, di come i team possono personalizzare gli impianti e di quali potrebbero essere i futuri sviluppi tecnologici.
Possiamo spiegare in breve come frena una Formula 1 nel 2023?
Il pedale del freno, comandato dal pilota, spinge su una pompa tandem, a differenza degli anni passati quando si usavano due pompe in parallelo.
Oggi c’è una pompa unica, che gestisce sia l’asse anteriore che quello posteriore. Una pompa tandem è infatti una pompa dove alloggiano due pistoni, un primario e uno secondario, posizionati in serie all’interno di un cilindro (master cylinder).
Il primo pompante che si incontra nella catena cinematica agisce sull’asse posteriore, mentre il secondo sull’asse anteriore.
Sull’asse anteriore la frenata è puramente idraulica, tramite le pinze e i dischi, mentre su quello posteriore abbiamo una frenata rigenerativa gestita dalla centralina elettronica.
Infatti la forza idraulica impressa al secondo pompante della pompa tandem viene indirizzata verso una camera di compensazione (compliance chamber), che restituisce un feedback al pilota sul pedale del freno, ma di fatto non agisce direttamente sulle pinze al retrotreno.
La forza frenante al posteriore viene generata da un altro cilindro, elettro-attuato, e comandato dalla logica di controllo del Brake-By-Wire (BBW).
Tale logica, il cui software viene sviluppato internamente dai team, decide istante per istante quanta forza deve essere generata dalle pinze posteriori, in base a quanta coppia frenante rigenerativa viene assorbita dal sistema di recupero dell’energia (ERS).
In Brembo non conosciamo al 100% le logiche con le quali i team gestiscono e modificano le logiche dei software di frenata, a differenza della Formula E dove invece forniamo noi anche il software di gestione.
Quali sono le differenze tecniche tra il 2022 e il 2023?
Per quanto riguarda l’impianto frenante in sé, il regolamento non è cambiato rispetto allo scorso anno.
Dal nostro punto di vista, ciò che ha influito sull’impianto frenante è stato il miglioramento prestazionale delle monoposto.
Infatti, l’anno scorso le vetture erano al primo anno di sviluppo, quest’anno le performance sono migliorate e quindi sono aumentate le coppie frenanti e l’effort che viene richiesto al freno, anche se in modo diverso da team a team.
Indicativamente, parliamo del 5% di coppia frenante in più, che si traduce in circa 250 Nm di coppia in più per ogni ruota.
Nello specifico, per quanto riguarda alcuni componenti è bastata una rivalidazione del design, cioè mantenendo lo stesso design abbiamo verificato che fosse adatto anche per la coppia maggiorata, soprattutto per quanto riguarda la sicurezza ma anche in termini prestazionali.
Per altri componenti si è invece resa necessaria una riprogettazione. Generalmente i prodotti racing sono molto “tirati”, quindi è comunque difficile che ci sia un prodotto sovradimensionato rispetto a quanto richiede il team, perché vuol dire avere una massa maggiore e un peso inutile sulla vettura.
Anche un piccolo aumento di coppia frenante e di pressioni ipotizzate dal team chiaramente può portare a una nuova progettazione del componente.
Oltre al software che gestisce la frenata rigenerativa, come possono i team personalizzare i propri impianti frenanti?
L’impianto frenante è totalmente customizzato per ogni team.
Cambia un po’ di tutto tra un team e l’altro, per quanto riguarda dischi, pastiglie, pinze e pompe. Quindi tutti i componenti sono completamente personalizzati.
C’è una fase di co-progettazione integrata dove i tecnici Brembo e i tecnici dei team realizzano insieme il design dell’impianto, attraverso vari step approvativi, adattandolo alle caratteristiche della monoposto.
Alcuni parametri sono limitati dal regolamento.
Ad esempio il numero di pistoncini all’interno della pinza può essere al massimo 6 e ormai tutti i team optano sia all’anteriore che al posteriore per il numero massimo.
Anche il diametro dei fori di raffreddamento sui dischi dal 2022 è limitato a 3 mm, in modo da ridurre il numero di fori e quindi i costi, in ottica di Budget Cap.
Rispetto al passato, oggi i regolamenti guardano molto di più al tentativo di ridurre i costi.
Sono diverse anche le pinze?
Sì, anche i design delle pinze sono totalmente diversi per ogni scuderia, nonché la scelta del loro raffreddamento.
Alcuni team optano per dei pin (o borchiette) che escono dalla pinza per disperdere il calore, altri invece applicano delle alette che guidano l’aria.
La scelta è dettata ovviamente dagli studi CFD. La pinza può differire anche in termini di peso tra una vettura e l’altra, ma non è detto che la pinza più leggera sia più performante.
Ci sono due scuole di pensiero tra le varie scuderie: c’è chi preferisce una pinza più leggera ma meno rigida, altri che invece optano per una pinza più pesante ma più rigida.
Questo si ripercuote su tutto l’impianto.
Una pinza meno rigida fa sì che serva più fluido all’interno del circuito e quindi anche serbatoi diversi e più grandi.
Questo a causa del fatto che dinamicamente in fase di frenata la pinza si deforma, “aprendosi”, facendo allontanare i pistoncini dal disco.
Questo allontanamento aumenta la corsa dei pistoncini per avvicinarsi al disco e di conseguenza aumenta il volume di liquido spostato.
Come può un team con migliori tecnici fare la differenza rispetto agli altri in frenata?
Per capire il lavoro dei tecnici bisogna tenere a mente che la frenata non dipende solamente dall’impianto frenante, ma dipende anche dalle condizioni al contorno.
Il freno potenzialmente può dare indicativamente 5000 Nm di coppia frenante per ruota, ma è l’aerodinamica della monoposto e il suo bilanciamento che devono poter “mettere a terra” questa coppia frenante, assieme al lavoro degli pneumatici.
Chiaramente, se la vettura non è bilanciata o ha un carico aerodinamico non adeguato, questo può incidere negativamente sulla frenata.
Spetta ai team trovare il giusto equilibrio sulla vettura che faccia esprimere al meglio l’impianto frenante.
C’è poi un grande lavoro sulle mappe di attrito.
I team più “ricchi” riescono a fare molti più test, anche al banco, e a crearsi delle mappe di attrito personalizzate e specifiche.
I team più piccoli non hanno a disposizione così tanti test per sviluppare e ottimizzare l’impianto frenante.
Durante l’anno Brembo riceve richieste di sviluppo da parte dei team?
Sì, c’è un continuo sviluppo, su tutti i componenti.
Durante l’anno, ci sono team che decidono di spendere parte del Budget Cap modificando l’impianto frenante e che costantemente ci chiedono modifiche e sviluppi.
Altri team invece spendono i soldi del Budget Cap in altre parti della vettura.
Oggi il Budget Cap ha molta influenza sullo sviluppo della monoposto.
Se ci sono problemi durante la stagione, in genere i team espongono la problematica e poi si cerca di comune accordo la soluzione.
Se invece la scelta è dettata da un miglioramento di performance, i team definiscono un target (cioè dove vorrebbero arrivare), poi parte una fase di co-design, anche perché l’impianto frenante non è fine a se stesso, ma va inserito all’interno di un layout di vettura (si pensi anche alle dimensioni e agli ingombri da rispettare).
Infine c’è la fase di sviluppo, che può durare diversi mesi, e poi la messa in produzione e validazione.
Se il prodotto è considerato valido (cioè vengono visti i miglioramenti da parte del team), a questo punto viene installato in vettura.
Quest’anno nel regolamento è stato introdotto l’Open Source Components, di cosa si tratta?
Fino al 2021 non c’era alcuno scambio di informazioni riguardante le specifiche e il design degli impianti frenanti tra un team all’altro, anzi veniva garantita una notevole riservatezza.
Dal 2022, nell’ottica di ridurre i costi di ricerca e sviluppo, l’impianto frenante è stato incluso nella lista degli Open Source Components (OSC).
In poche parole di tratta di un server della FIA, accessibile da tutti i team, all’interno del quale vengono caricate le informazioni tecniche dei componenti dell’impianto frenante installati su tutte le vetture.
I team riescono quindi a vedere il design degli altri, anche se non tutto viene inserito, per esempio la parte di know-how aziendale rimane comunque nascosta e tutelata.
Per noi sostanzialmente il lavoro non cambia.
Da parte dei team, invece, c’è una maggiore apertura e ogni scuderia può chiederci teoricamente di integrare una soluzione di un competitor nella propria monoposto, anche se non sempre una componente che funziona su una vettura va bene anche sull’altra.
Nel 2026 ci sarà un altro grande cambio regolamentare, con l’aumento della componente elettrica e rigenerativa, Brembo ci sta già lavorando?
È ancora troppo presto per avere un qualcosa di utile su cui lavorare, anche se qualche ragionamento lo stiamo già facendo.
La fase vera e propria di sviluppo dei nuovi componenti inizierà circa due anni prima dell’entrata in vigore del nuovo regolamento, quindi a partire dal prossimo anno.
Molto probabilmente ci sarà una riduzione delle masse, visto che la frenata rigenerativa avrà un maggiore impatto rispetto ad oggi.
Occorre però considerare che il freno è un componente di sicurezza e quindi si deve sempre garantire che anche in caso di avaria all’impianto elettrico, il freno idraulico deve comunque poter frenare.
L’abbiamo visto anche in Formula E: si era partiti senza pinze posteriori, invece oggi vengono montate, proprio per motivi di sicurezza.
Quindi probabilmente ci sarà una riduzione del peso e delle dimensioni soprattutto dei freni sulle ruote posteriori, ma non sarà così drastica.
Ci saranno sviluppi anche per quanto riguarda la riduzione dell’impatto ambientale dei freni?
Sicuramente sì.
Noi come Brembo abbiamo già cercato in questi anni di ridurre l’usura dei componenti, aumentando la loro vita.
Il risparmio non è solo economico ma è anche ambientale, perché meno usura significa meno polveri emesse in atmosfera.
Oggi un set di dischi e pastiglie può durare fino a 1500-2000 km, distanza che permette di coprire quasi due weekend.
Una tipica strategia utilizzata dai team è quella di effettuare le prime prove libere con il set del weekend precedente e poi, nella seconda parte del weekend di gara, per avere le massime prestazioni, si installa un set nuovo, con un disco nuovo e un set nuovo di pastiglie.
Un set nuovo di dischi e pastiglie, a differenza di uno usato, garantisce il perfetto parallelismo tra le facce del disco e quelle delle pastiglie, evitando anche che minimi segni di usura possano incidere sulla frenata.
