Sistema de Análise de Circuito e Segurança (CSAS)

Prever a trajetória e a velocidade de um carro de corrida quando é conduzido no limite dentro dos limites de uma pista de corrida é objeto de grande trabalho analítico por quase todas as equipes envolvidas em corridas em todos os níveis. No entanto, prever a trajetória e a velocidade de um carro, uma vez que o piloto perdeu o controle, não tem sido algo que as equipes dedicaram muito tempo. Isso agora também pode ser analisado com o mesmo tipo de detalhes, para avaliar as características de segurança dos circuitos. As duas tarefas são muito diferentes e a FIA teve que começar quase do zero quando se propôs desenvolver o software denominado Sistema de Análise de Circuito e Segurança (CSAS). O sistema é aplicado a circuitos novos e existentes. O desenvolvimento e a descrição do software foram objeto de um artigo na Conferência de engenharia SAE Motor Sport, em Dearborn (SAE Paper: 2000-01-3573 Circuit and Safety Analysis System (CSAS). F. Corcelle e PG Wright , F D Ration Internationale of the Automobile).

As últimas duas décadas viram uma acumulação constante do esforço de modelagem da dinâmica dos veículos, particularmente pelas equipes que projetam e desenvolvem automóveis, além de competir com eles. A tarefa deles é ser capaz de modelar e prever os efeitos de todas as nuances de aerodinâmica, pneus, motor, amortecedor, etc., característica da velocidade do carro em cada ponto de um determinado circuito. O detalhe no modelo só será limitado pelas características dinâmicas disponíveis e os dados de rastreamento, e exigirá um modelo de driver especifico.

A FIA, por outro lado, tem grande interesse pelo que acontece quando o piloto excede o limite e não consegue recuperar o controle do carro. O conhecimento da velocidade do carro em torno de um circuito é necessário, mas as diferenças precisas de velocidade devido a pequenas melhorias em algumas características do carro têm pouco efeito sobre o resultado desta análise. As mudanças importantes nas velocidades de volta, devido, por exemplo, aos efeitos da concorrência dos pneus ou alterações de regulação são relevantes, e assim o CSAS tem uma simulação de volta como núcleo, para gerar perfis de velocidade para qualquer circuito e qualquer classe de carro de corrida. É uma simulação bastante elementar em comparação com aqueles em uso para a previsão de desempenho por equipes, mas é atualizado regularmente com curvas de potência do motor, coeficientes de pneu, características aerodinâmicas típicas e mudanças de peso. Verifica se as previsões de velocidade são suficientemente precisas podem ser feitas por comparação com dados de velocidade medidos.

Os detalhes do circuito são fornecidos no AutoCAD. Este software foi escolhido por causa da facilidade de adicionar módulos para executar as operações específicas do CSAS, e também porque a maioria dos mapas de circuitos são fornecidos pelos designers de circuitos neste formato. O CSAS é executado através da interface AutoCAD, com barras de ferramentas adicionais correspondentes aos aplicativos específicos do CSAS. As informações do circuito estão em múltiplas camadas, por exemplo, lado esquerdo da trilha, lado direito da trilha, bordos, áreas de escorrência, estradas de acesso, barreiras removíveis, barreiras permanentes, sendo as mais relevantes. As bordas da pista podem ser modificadas usando as ferramentas de desenho do AutoCAD – a adição de uma chicana é simplesmente algumas operações de clique e arrastar do mouse! O operador desenha a linha de corrida na pista (uma rotina automática para fazer isso está sendo investigada, mas a abordagem manual é preferida no momento em que o conhecimento de se os drivers bloqueiam as barreiras ou evita uma seção de trilha obstruida, fornece uma melhor combinação de perfis de velocidade) e seleciona o cálculo do perfil de velocidade. Geralmente, a velocidade é calculada a cada 3 metros em torno da pista, que fornece resolução adequada, em cada um desses pontos.

A reação natural de um piloto, uma vez que ele percebe que ele não tem mais esperança de recuperar o controle, é pisar nos freios e parar o carro antes de bater em qualquer coisa. Um carro com as rodas travadas, seja de frente, de trás, lateralmente, ou girando, tenderá a viajar em linha reta, a menos que atinja algo (Fig. 1).

 

 

Assim, a trajetória mais provável é uma linha reta, tangencial à linha de corrida no ponto em que o controle está perdido; Todos os critérios de segurança do circuito baseiam-se atualmente nesta hipótese da trajetória. No entanto, se o piloto não desistir e tentar pegar o carro enquanto gira, ou influenciar a forma como ele vai, ou se uma falha de componente assume substancialmente a direção do carro, existe a possibilidade de que algumas forças laterais serão geradas pelos pneus (eles podem ser até 4g em um carro de Fórmula 1), caso em que a trajetória será curvada, como se o carro estivesse virando. No entanto, a trajetória curva provavelmente não seguirá a curva da pista (Fig. 2).

 

 

Essas trajetórias “imprevisíveis” são as mais difíceis de planejar, sem revestir todo o circuito com áreas de escoamento e barreiras. Zonta, no acidente no Brasil, no qual ele recebeu lesões nas pernas, tentou recuperar seu BAR depois que ele perdeu o controle na Ferradura, de 4ª marcha e atingiu uma seção de Armco em vez da barreira de pneu erguida para proteger carros naquele canto . Ele não tinha a intenção de atingir a barreira naquele local. O CSAS foi desenvolvido para poder prever a velocidade do impacto para qualquer trajetória possível.  Outro exemplo de trajetórias imprevisíveis ocorreu no Circuito da Catalunha, durante o GP de Espanha em 1997. Morbidelli acelerou seu Minardi fora do pit lane e perdeu o controle ao entrar na pista, possivelmente devido ao limitador de velocidade cortando de repente. Ele acelerou em toda a largura do Start / Finish diretamente no muro de concreto, felizmente sem acertar ninguém que passava na reta. Ele atingiu a parede de frente em pouco menos de 50 km / h, realizando um teste de colisão frontal para a FIA quase perfeito!

Tendo estabelecido a velocidade em qualquer ponto da pista, o CSAS calcula a trajetória de um carro que sai da linha de corrida e a distância percorrida. O caminho do carro está inicialmente na pista, posteriormente em uma área de escoamento, se existir, e pode finalmente impactar uma barreira. Os limites de todos esses recursos são configurados a partir dos planos de circuito, no AutoCAD. As diretrizes de critérios de circuito foram estabelecidas de modo que, em condições normais ou médias, o carro parará antes de atingir uma barreira. Em condições anormais, isso pode não acontecer e, em determinados locais em circuitos, pode não ser possível fornecer um escoamento adequado – Mônaco, ou mesmo qualquer circuito de rua, é o caso clássico disso – daí a necessidade de barreiras. As características de desaceleração de um carro fora de controle na pista e em qualquer tipo de área de saída são definidas no CSAS e podem ser relacionamentos bastante complexos com base na velocidade. Um dos propósitos da montagem de registradores de dados de acidentes (ADR) para carros de Fórmula 1 é obter dados de desaceleração reais. Com os dados obtidos nos últimos quatro anos, foi possível analisá-lo estatisticamente e derivar características “normais” para traçados úmidos e secos e para áreas de escape. Essas características são usadas no CSAS para determinar quão grande as áreas de escape precisam ser e estabelecer a velocidade de impacto provável com uma barreira, onde não é possível instalar uma área de escoamento adequada. O CSAS traça as trajetórias e as extremidades dessas linhas formam os limites desejados das áreas de escoamento, que podem ser comparadas com limites existentes ou planejados. As discrepâncias aparecem imediatamente na tela (Fig. 3).

 

 

Diante de seções de áreas de saída que não param de um carro antes de atingir a borda da área, o designer do circuito tem várias opções. Se ele não pode prolongar a saída, uma opção é modificar o canto para reduzir a velocidade, no entanto, as trajetórias críticas são muitas vezes as de um carro que perde o controle sob travagem, quando talvez seja necessário reduzir a velocidade máxima. O resultado é muitas vezes a chicane. Alternativamente, as barreiras podem ser colocadas ao longo dos limites críticos da área de escoamento. O CSAS calcula a velocidade do impacto, perpendicular ao limite, na ausência de uma barreira (Fig.4).

 

 

As características de barreira foram medidas para uma série de configurações de barreira, particularmente para uma variedade de dispositivos de barreira de pneus. As características conservativas baseadas nos resultados do teste são usadas no CSAS para calcular a velocidade resultante do carro após ter penetrado na barreira, isto é, a velocidade do carro afetará o limite sólido por trás da barreira (Fig. 5). Essa velocidade ou, para ser mais preciso, a energia residual no carro, é o que as estruturas esmagáveis ​​no carro terão que absorver sem ferir o motorista.

 

 

Uma questão que o CSAS aborda é se o caso crítico para parar um carro está em condições úmidas ou secas. No seco, as velocidades iniciais são mais altas, mas a desaceleração na pista é maior do que em condições úmidas. Molhados ou secos, as áreas de escape são perfeitamente similares. Com base nos dados disponíveis até à data, a indicação é que o caso crítico está em condições secas.

O pior cenário para qualquer engenheiro de segurança é quando um carro “voa”. Quer se trate de um grande carro desportivo ou GT, com aerodinâmica excessivamente sensível ao passo ou rodas de toque de rodas abertas com uma à frente, se um carro sair do solo, é quase impossível proporcionar um meio de desacelerá-lo. Desacelerará devido ao arrastão aerodinâmico, e o CSAS pode avaliar este caso, desde que as características de arrasto sejam conhecidas. Embora a desaceleração seja reduzida enquanto o carro estiver no ar, é muito maior quando pousa e escava, e a desaceleração média é muito parecida.

O CSAS facilitou a síntese dos resultados de uma série de programas que estão gradualmente colocando a segurança do automobilismo em uma base científica sólida. Ele usa a velocidade real dos carros em qualquer ponto de um circuito, taxas de desaceleração representativas em pista e fora de pista e testa o desempenho de barreira para o tamanho e especifica os recursos de segurança do circuito. As mudanças na especificação dos carros, particularmente aquelas que aumentam a velocidade máxima ou a velocidade das curvas, e mudanças no layout das trilhas podem ser monitoradas quanto ao efeito sobre o tamanho das áreas de escorrência e as especificações de barreira. Qualquer classe de carro pode ser avaliada, inserindo seus parâmetros de desempenho para a simulação de volta e obtendo um perfil de velocidade, de modo que a classificação de circuitos e sua adequação para determinadas classes de corridas possam ser estudadas.

O desenvolvimento do CSAS estão em constante desenvolvimento. São estudadas rotinas para facilitar e acelerar a aplicação e o banco de dados para o desempenho dos vários recursos de segurança do circuito é continuamente atualizado e adicionado, para garantir que quaisquer variações nos parâmetros de desaceleração. É uma ferramenta inestimável no estágio de projeto de novos circuitos, evitando grande parte da necessidade de revisar as áreas de pista ou run-off após o circuito ter sido construído e está fornecendo informações detalhadas sobre como os circuitos existentes podem ser atualizados na busca contínua para maior segurança.

 

Fonte: F1, Inc.