FlatOut!
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Papo de Garagem Técnica

Como funciona o sistema de direção (DAS) da Mercedes na Fórmula 1?

Todo ano durante a pré-temporada da Fórmula 1 é comum e até esperado que os fabricantes apresentem novas tecnologias, mas de tempos em tempos alguma das equipes vira o centro das atenções. Em 2020 é a vez da Mercedes. Hoje o nosso papo vai ser sobre o Dual Axis Steering. 

Que bruxaria é essa?

Durante o segundo dia dos testes de inverno em Barcelona os engenheiros observaram nas imagens onborad do W11, que Lewis Hamilton não apenas girava o seu volante, mas também o movia axialmente, como um manche de avião. Ao mesmo tempo em que o volante era movido para frente ou para trás, foi observado que as rodas mudavam sua convergência. Estava instaurada a discórdia. A FIA permitia tal bruxaria em seu regulamento, qual a intenção da equipe com este aparato, seria esta uma grande vantagem?

Para entender a atuação do sistema, primeiro precisamos conversar sobre a finalidade dos ângulos de convergência e divergência e ângulo de Ackerman. Se esta é sua primeira vez no papo, nós falamos sobre toe-in e toe-out aqui e sobre Ackerman aqui.

A divergência estática ou a dinâmica (formada pelo ângulo de Arckerman) são benéficas para a tomada de curva, pois o ângulo de deriva ideal é alcançado antes que a transferência de peso aconteça por completo, assim o carro ganha muito mais precisão na entrada.

Mas a grande questão para um pneu de Fórmula 1 é o seu ângulo de deriva estreito, com isso são necessários poucos graus para que eles alcancem o limite de aderência esse o ângulo for excedido os pneus tendem a se aquecer demais e desgastarem mais rápido.

Com a divergência estática nas retas os pneus apontam para fora, gerando instabilidade e diferença de temperatura entre a parte interna e externa do pneu. Então a Mercedes desenvolveu uma forma de deixar a convergência neutra nas retas, sofrendo assim um menor desgaste e tendo a vantagem de uma temperatura homogênea na banda de rodagem e também uma maior velocidade final nas retas, pois menos potência é gasta para “empurrar” os pneus que não estão mais em posição divergente. É aqui onde estão sendo feitas as apostas sobre a tecnobruxaria da Mercedes

Como eles conseguiram?

Antes de mais nada tenho que avisar a vocês que o que está escrito abaixo é mera especulação deste colunista e não configura um furo de reportagem com informações de uma fonte privilegiada.

Observem a imagem acima. Esta é uma foto da dianteira de uma BAR de no GP da França de 2005. Ela é importante porque mostra claramente a essência do sistema. A caixa e braços de direção estão alinhados com os braços superiores da suspensão, e a caixa é fixada ao monobloco por dois mancais com dois parafusos cada. Assim evitam-se variações de geometria devido à má fixação. E é aqui onde mora a primeira possibilidade, embora seja a menos provável.

Se os parafusos de fixação fossem substituídos por tirantes de modo que a caixa se deslocasse axialmente os braços formariam um triângulo retângulo onde o comprimento do cateto adjacente varia de acordo com o deslocamento axial do conjunto. A imagem acima, da Mercedes, demonstra a filosofia desta ideia. O controle do deslocamento axial se daria por válvulas hidráulicas que limitam a velocidade de deslocamento do sistema através de orifícios calibrados, como ocorre nos amortecedores.

Porém esta ideia é mais suscetível a falhas. As forças de compressão e distenção sofridas pelo conjunto durante os contornos em alta velocidade é bastante elevado e combinando este fator à vibração, e desgaste por atrito nós criamos um cenário de grande possibilidade de fadiga e quebra… nada bom, risca essa ideia, amassa a folha e joga no lixo.

Pensem comigo: a Mercedes chama o seu sistema de “Duplo Eixo de Esterçamento”, e para alterar a divergência de forma dinâmica é necessário alterar o comprimento dos braços de direção ou… DA CREMALHEIRA! Se a cremalheira diminui seu comprimento os braços se deslocam mais para dentro e a divergência das rodas também diminui. E o contrário também é verdadeiro nessa situação.

Para conseguir esta condição de estiramento e encurtamento é necessário que existam duas cremalheiras e dois pinhões, um para cada roda do eixo dianteiro (daí a ideia do duplo eixo). Os pinhões são ligados à coluna de direção através de dentes helicoidais internos, onde cada um deles teria um sentido de giro.

Com isso, ao ser deslocada axialmente a coluna faria os pinhões girarem em sentidos opostos afastando ou aproximando as extremidades das duas cremalheiras e assim variando o comprimento total da caixa. O vídeo abaixo demostra o conceito. Assim nós temos um sistema que é totalmente encapsulado pela estrutura da caixa de direção sendo menos suscetível falhas pelos estresses citados anteriormente.

Essa ideia fere o regulamento da FIA?

Não necessariamente. O regulamento de 2020 diz em seu artigo 34.6 “Um competidor não pode modificar qualquer parte do carro ou realizar mudanças no setup de suspensão enquanto o carro estiver em condição de parc férme”. Então a Mercedes se apoiou na ideia da mudança enquanto o veículo está em ação, sendo pilotado durante a prova. A própria FIA declarou que o dispositivo pode ser usado durante a temporada de 2020, mas será proibido em 2021.

A Mercedes pode estar escondendo mais cartas na manga?

Não tenho dúvidas que sim. Bebendo da fonte do grande Giorgio Piola, ele comparou as estruturas dianteiras dos modelos W10 e W11 como mostra o desenho acima. O mestre dos desenhos percebeu que há dois cilindros inéditos montados verticalmente como indicam as setas. Supõe-se que estes possam controlar a altura do cabeçote dianteiro mudando as geometrias de camber e caster ou mesmo auxiliando a variação do sistema de direção.

Observe nesta foto que os braços de os braços de direção ficam muito próximos dos braços inferiores de suspensão e parece haver algum tipo de material diferente da fibra de carbono que compõe a estrutura. Talvez este material seja flexível para permitir a movimentação vertical do conjunto sem que haja interferência no deslocamento axial dos braços.

Cabe a nós agora observar o que acontecerá nos próximos testes e durante a temporada deste ano.

Voltando à programação normal

Este post foi resultado de alguns comentários no papo anterior (estão vendo o quanto a opinião de vocês é importante?), então no próximo papo iremos retornar a conversa programada sobre bancos esportivos e ergonomia. Até a próxima!