Le défi qui attend les écuries avec les freins à Montréal
Le circuit Gilles Villeneuve, théâtre du Grand Prix du Canada ce week-end, représente l’un des tracés les plus difficiles pour les freins des Formule 1.
Photo de: Giorgio Piola
Les analyses techniques F1 de Giorgio Piola
Éminent expert technique de Formule 1, Giorgio Piola suit les Grands Prix depuis les années 1960. Sur Motorsport.com, ses analyses et illustrations se penchent sur toutes les nouveautés aperçues en F1 au fil des Grands Prix.
L’équipementier Brembo qualifie de "violentes" quatre zones de freinage tandis que les trois autres ne sont qu’un peu moins dures ; ce qui signifie qu’une F1 passe 25% de son tour de piste en phase de ralentissement.
Mécaniquement, un frein sert à ralentir la voiture, cela n’a pas changé au fil des ans, mais la technologie employée pour y parvenir a évolué.
En 1998, la FIA a imposé l’utilisation d’étriers comprenant un maximum de six pistons et seulement deux plaquettes. Le diamètre maximum du disque était fixé à 278 mm et son épaisseur ne pouvait excéder 28 mm.
Pour la saison passée, l’épaisseur a été relevée à 32 mm puisque les voitures étaient plus lourdes et que les pneus plus larges permettaient des vitesses plus élevées.
Le matériau des disques a aussi été modifié. En 2013, Brembo a remplacé le CCR par le nouveau CER, qui offre des avantages de performance et d’usure. Sur les pistes les plus difficiles, l’usure est passée de quatre ou cinq millimètres à seulement un millimètre.
La ventilation du disque a aussi évolué, et le nombre de perforations a augmenté, passant de 100 à 1200, jusqu’à 1400 avec les disques d’une épaisseur de 32 mm.
L’introduction de l’ERS (Energy Recovery Systems) en 2014 a forcé les écuries à doter les voitures d’un système de freinage électronique sur le train arrière afin de récupérer l’énergie auparavant dissipée. Une F1 est désormais munie de cylindres de freins distincts pour le train avant et d’un système électronique à l’arrière qui permet de changer la répartition du freinage depuis le cockpit.
Ci-dessus, cette illustration de Brembo explique le fonctionnement du freinage électronique (brake-by-wire). La pédale de frein [1] actionne le freinage du train avant par l’intermédiaire de deux cylindres de freins. Le pilote peut modifier la puissance de freinage entre le train avant et le train arrière.
Quand le pilote appuie sur la pédale de frein, le système pousse le liquide depuis le cylindre jusqu’à l’étrier pour faire serrer les pistons et les plaquettes sur le disque.
Les freins arrière sont contrôlés électroniquement, et ils disposent d’une chambre de compliance, qui change de volume sous l'influence d'une variation de pression, afin de donner un meilleur feeling au pilote.
Le tout est géré par une centrale de gestion [7] ralentissant le moteur-générateur qui, par un vérin, produit la pression nécessaire pour activer les freins arrière.
La force du freinage sur le train arrière provient de la combinaison de la pression exercée sur la pédale et de l’effet de couple produit par le MGU-K qui accumule l’énergie produite par le freinage. Cette force de récupération d’énergie est dictée par la règle qui impose un maximum de 2 MJ par tour de piste.
Si on retrouve six pistons à chaque étrier avant [10], on note parfois des disques plus minces de 12 mm à l’arrière et des étriers à seulement quatre pistons.
En 2014, les écuries Mercedes, McLaren, Sauber et Red Bull Racing ont toutes utilisé des étriers à quatre pistons à l’arrière et ont employé des disques d’une épaisseur de 26 mm. Ces équipes ont réduit la surface et la force du freinage arrière, car le dispositif de récupération d’énergie produisait suffisamment de couple.
Lors du Grand Prix du Canada 2014, les monoplaces Mercedes roulaient en première et deuxième positions quand elles ont toutes les deux perdu l’utilisation du MGU-K. Les pilotes ont donc dû revoir la répartition du freinage, car l’effet de couple avait complètement disparu.
Cette panne a coûté la première place à Nico Rosberg tandis que Lewis Hamilton a dû abandonner sur panne de freins.
Pour parer à tout nouveau problème, Mercedes est revenu à des étriers à six pistons à l’arrière alors que McLaren, Red Bull Racing et Sauber ont préféré ne rien changer.
Lors du récent Grand Prix de Monaco, la Red Bull RB14 de Daniel Ricciardo est tombée en panne de MGU-K, ce qui a obligé l’Australien à changer la répartition de son freinage et à freiner de façon différente.
“Les freins arrière sont devenus très chauds et j’ai déplacé le freinage de 6 ou 7% vers l’avant. C’est énorme, car en course, on ne varie que de 1 ou 2%. Je levais le pied de l’accélérateur bien avant les freinages afin de ne pas faire surchauffer les freins”, a expliqué Ricciardo après sa victoire monégasque.
L’arrivée du freinage électronique est survenue 22 ans après que McLaren ait introduit un système de commandes électriques de conduite en F1, en 1992. Lors du Grand Prix du Brésil, la McLaren MP4-7 fut dépourvue de son câble d’accélérateur. La position de la pédale était enregistrée par un potentiomètre qui relayait cette information à un actuateur hydraulique situé au niveau du moteur. La pression ressentie par le pilote sur la pédale était créée par un ressort externe, illustré en jaune.
Les exigences du circuit Gilles Villeneuve
Le circuit de Montréal est extrêmement différent de celui de Monaco. Dans les rues de Monte-Carlo, le défi est de refroidir les étriers de freins, car les freinages de sont pas très puissants, mais très répétitifs.
De plus, les voitures sont équipées d’écopes de freins de grande taille, car les vitesses maximales atteintes ne sont pas très élevées.
En revanche, à Montréal, le souci est de gérer l’usure des freins tout en les refroidissant efficacement.
Les images ci-dessus montrent les types de disques utilisés par Mercedes et Ferrari au Canada l’an dernier, optant pour le nombre maximal d’orifices de ventilation.
Brembo prédit que le freinage le plus violent surviendra à l’épingle avec une force de 4,8 G. Des sept zones de freinage, la plus délicate est celle qui précède la chicane des stands.
Les voitures arrivent à 322 km/h et freinent durant 1,6 seconde pour perdre 148 km/h. Cela ne prend que 49 mètres pour une décélération de 4,7 G et une pression de 161 kg sur la pédale.
La chicane du virage 8 exige un freinage long de 47 mètres, génère une force de 4,8 g et exige une pression de 160 kilos sur la pédale. L’épingle du pont Jacques Cartier offre une belle zone de dépassement. Les monoplaces y passent de 292 à 68 km/h en seulement 63 mètres et 2,44 secondes.
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