Téléchargement de la technologie IndyCar : Apprivoiser la piste

Jan 09, 2024

Par Stan Sandoval 11 avril 2023 16:11

Par Stan Sandoval | 11 avril 2023 16 h 11 HE

Le calendrier IndyCar offre ce qui est probablement la collection de pistes la plus diversifiée de toutes les séries de courses au monde. Cela signifie généralement qu'au cours d'une saison, IndyCar rend visite à des circuits de vitesse, des ovales courts, des parcours routiers et des parcours de rue. Cependant, la variabilité du type de surface, des bosses, du niveau d'adhérence et des conditions ambiantes que les équipes IndyCar connaîtront au cours d'une saison est également extraordinairement diversifiée, et quelque chose que les ingénieurs analysent et évaluent constamment lorsqu'ils affinent les configurations à la recherche de chaque once de performance.

Contrairement à tous les autres sports, en course, chaque équipe se bat non seulement les unes contre les autres, mais aussi avec le terrain de jeu lui-même, et cette arène change de semaine en semaine (et même de session en session) d'une manière qu'aucun autre sport ne permettrait. Alors que le football, le football et le baseball ont standardisé leurs surfaces de jeu – et sont même allés jusqu'à jouer à l'intérieur sous les toits des stades pour se protéger des conditions extérieures – les équipes de course doivent s'adapter à la volée aux caractéristiques en constante évolution de la piste de course.

Les ingénieurs sont presque toujours considérés comme l'ingénierie de la voiture, mais il est parfois préférable d'y penser en essayant de rétroconcevoir la piste et d'appliquer simplement les modifications appropriées à la voiture en conséquence.

Les équipes et les ingénieurs ajustent constamment une multitude de paramètres de configuration en réaction et en anticipation pour suivre les changements de conditions de surface et d'environnement qui se produisent tout au long d'un week-end de course. Être capable d'adapter (et même de prévoir) ces changements offre un énorme avantage concurrentiel à ceux qui peuvent maintenir en permanence la configuration de la voiture dans la fenêtre optimale, même si les variables changent tout autour d'eux.

La surface de la piste

La blague qui est faite partout où l'ingénierie des voitures de course est enseignée est que les quatre parties les plus importantes d'une voiture de course sont le pneu, le pneu, le pneu et le pneu. C'est un dicton basé sur la vérité : l'importance des pneus n'est pas une blague, ils sont la seule partie de la voiture de course qui entre réellement en contact avec la route. Par extension, la partie la plus importante de la piste de course est la surface, en grande partie pour la même raison. L'état de la surface de course est le facteur dominant dans la quantité d'adhérence disponible pour les pneus lors d'une session, d'un tour ou même d'un virage donné.

La température de la piste est la principale considération lors de l'évaluation de la surface. Les pneus ont une fenêtre de fonctionnement où ils produisent le plus d'adhérence : trop froid et le caoutchouc ne devient pas collant, trop chaud et le pneu va sursaturer et commencer à glisser. Compte tenu de la relation entre la pression et la température d'un pneu, les ingénieurs ajustent constamment les pressions de démarrage des pneus en fonction de la température de la piste afin de maintenir le pneu dans sa fenêtre de fonctionnement.

La température de la piste a une influence considérable sur la pression et la température des pneus, et son effet sur l'adhérence globale est donc très puissant. L'adhérence de la piste, généralement quantifiée sous forme de coefficient de frottement, dicte alors pratiquement tous les aspects d'une configuration : du niveau d'appui aux rigidités des ressorts, en passant par les alignements statiques et les engrenages. En termes simples, une configuration de voiture existe pour profiter de l'adhérence de la piste disponible à tout moment si possible, ou faire le meilleur compromis pour le temps au tour global si ce n'est pas le cas.

Non seulement la température de la piste dicte le niveau d'adhérence, mais aussi l'équilibre de la voiture. Étant donné que les pneus avant et arrière sont de largeurs différentes, ont des forces différentes agissant sur eux et sont utilisés de différentes manières, un changement de température de la piste n'a pas le même effet sur les pneus avant que sur les pneus arrière. Un changement soudain de la température de la piste modifiera non seulement le niveau d'adhérence, mais également les caractéristiques de sous-virage ou de survirage de la voiture. Comme la température de la piste elle-même change constamment, le travail d'un ingénieur consistant à composer une configuration est une tâche sans fin.

Les parcours de rue servent souvent différentes surfaces sur différentes parties du tour, obligeant les ingénieurs à rechercher un compromis. Phillip Abbott/Images de sport automobile

Le matériau de la route est un autre facteur influençant l'adhérence, car c'est lui qui doit interagir avec la gomme du pneu. Différents types et âges d'asphaltes, de tarmacs, de bétons et parfois de résines sont observés au cours d'une saison IndyCar, et chacun offre des niveaux d'adhérence légèrement différents. Ce n'est pas vraiment un problème lorsque la piste est une surface uniforme, mais des pistes comme Toronto utilisent des matériaux différents dans différents coins. Dans ce cas, les ingénieurs doivent simplement faire plus de compromis : un changement de configuration qui pourrait profiter à un coin mais nuire à un autre.

Le matériau routier est également une des principales raisons pour lesquelles les équipes effectuent des tests sur les pistes après avoir été repavées. Le Barber Motorsports Park a été entièrement refait fin 2019, et à cause de cela, il y a eu une énorme augmentation de l'adhérence. Les tests au début de 2021 étaient importants : les tours étaient plus de 2,0 secondes plus rapides que le temps de la pole de 2019 (et cela malgré l'ajout de l'aéroscreen). Une si grande différence nécessitait non seulement de repenser la configuration, mais aussi une toute nouvelle pile de vitesses compte tenu de la différence de vitesse dans les virages.

Les surfaces des pistes peuvent également varier énormément en termes de bosses. Un tour autour de Detroit est une expérience très différente par rapport à un tour autour de Barber à cet égard. Le principal effet des bosses sur la configuration est l'ensemble ressort et amortisseur. Les voitures plus rigides peuvent être conduites plus bas au sol, ce qui est bon pour l'appui, et sont plus réactives et meilleures pour changer de direction. Cependant, les voitures rigides ne supportent pas du tout les bosses. La capacité d'une configuration plus souple à absorber les bosses et à maintenir les pneus au sol est essentielle ; le pneu ne peut rien faire s'il n'est pas sur la piste car il rebondit dans les airs !

Enfin, lors de l'analyse de la surface de la piste, un autre facteur essentiel est «l'évolution de la piste», ou la quantité de caoutchouc déposée. Pour commencer un week-end de course (ou après une averse), la piste est appelée "verte", c'est-à-dire une piste fraîche. Au fur et à mesure que les voitures terminent leurs tours, elles laisseront une couche de caoutchouc sur la piste. Plus il y a de tours parcourus, plus il y a de caoutchouc sur la surface. Ceci est bénéfique pour l'adhérence : la meilleure chose à laquelle le caoutchouc peut adhérer est plus de caoutchouc, donc plus il y a de tours sur une piste, plus elle devient rapide. C'est pourquoi on l'appelle «l'évolution de la piste», et c'est la raison pour laquelle les équipes attendent généralement avant de commencer à courir au début des premiers essais, et pourquoi les équipes essaieront toujours de quitter leurs tours de qualification le plus tard possible. Comme beaucoup d'autres facteurs déjà discutés, à mesure que l'adhérence de la piste change, l'équilibre change également, et les ingénieurs devront donc compenser en conséquence avec la configuration.

Les équipes essaieront toujours de garder une longueur d'avance sur l'évolution de la piste car elle est relativement prévisible. Cependant, une bizarrerie de la pose de caoutchouc est que le calcul change en fonction du type de caoutchouc qui a été déposé le plus récemment. Les différents composés de pneus ne sont pas toujours d'accord les uns avec les autres. Les ingénieurs prendront toujours note des séries qui se sont déroulées sur la piste juste avant une session, car un week-end de course comporte généralement de nombreuses séries qui s'affrontent les unes après les autres. Si, par exemple, une session NASCAR se déroulait immédiatement avant une session IndyCar, les ingénieurs s'attendraient à ce que l'adhérence soit légèrement réduite pour démarrer la session, car le caoutchouc NASCAR n'aide pas l'évolution de la piste pour une IndyCar.

Un autre aspect de l'évolution de la piste est les billes. Si vous avez déjà pris une gomme sur un morceau de papier et vu des morceaux de caoutchouc tomber, alors vous serez familiarisé avec le concept. Au fur et à mesure que les pneus sont râpés contre la surface de la piste, le caoutchouc usé se détache du pneu et atterrit hors de la ligne de course. Conduire sur les billes est une perte d'adhérence massive et peut être très perfide ; ils se placent entre le pneu et la surface de la piste, comme un personnage de dessin animé essayant de courir sur des roulements à billes.

Conditions ambiantes

Alors que l'IndyCar court partout, de la Floride à l'Oregon, sur une période de sept mois, une large gamme de températures, de conditions atmosphériques et de vents sera naturellement rencontrée au cours de l'année. Les changements de ces conditions auront des répercussions sur la configuration de la voiture qui sont essentielles pour bien faire les choses : la capacité d'une équipe à ajuster ses configurations à mesure que les conditions changent peut faire la différence entre avoir une configuration compétitive ou un mauvais équilibre au moment où la course arrive.

Les changements de température de l'air affecteront plusieurs aspects de la configuration de la voiture. L'importance de la température de la voie a déjà été discutée, mais la température de la voie est fortement influencée par la température de l'air et la couverture nuageuse. Les couvercles de radiateur, parfois appelés bloqueurs ou obturateurs, sont disponibles en différentes tailles et sont largement dictés par la température de l'air. Ces capots sont visibles à l'entrée du ponton et leurs formes diffèrent selon les motoristes. Couvrir une plus grande partie du radiateur est bénéfique pour la traînée, mais conduit également à des températures d'huile et d'eau plus élevées pour le moteur, ce qui affecte la puissance de sortie. Trouver le bon compromis entre traînée, puissance et fiabilité en ajustant ces bloqueurs en fonction de la température de l'air peut avoir un impact énorme sur les performances, en particulier sur les pistes aérosensibles comme l'Indianapolis Motor Speedway, où la traînée et la puissance sont les facteurs dominants du temps au tour.

Choisir la bonne configuration pour les bloqueurs de radiateur peut faire une énorme différence sur les pistes aérosensibles comme l'IMS. Michael Levitt/Images de sport automobile

La densité de l'air, qui est influencée non seulement par la température de l'air, mais aussi par l'humidité et la pression de l'air, a un effet important sur la force d'appui d'une voiture, qui à son tour influence les hauteurs de départ. Par exemple, la même voiture roulant à la même vitesse générera plus d'appui dans un air plus dense. Lorsque les conditions devraient générer plus d'appui, les ingénieurs devront augmenter les hauteurs de départ de la voiture afin de compenser (et de la même manière, ils peuvent abaisser la voiture lorsque la densité de l'air devrait diminuer).

Ceci est fait pour que la voiture continue de fonctionner à une proximité similaire du sol (là où la génération d'appuis est la plus efficace), quelles que soient les conditions atmosphériques. Une voiture qui n'est pas suffisamment abaissée en réponse à une baisse de la densité de l'air sera trop élevée tout au long du tour, perdant de grandes quantités d'appui en raison d'un fonctionnement loin de l'optimum aérodynamique. Une voiture qui n'est pas surélevée en réponse à une augmentation de la densité de l'air sera plus faible partout sur la piste, ce qui peut potentiellement rendre la voiture impossible à conduire. Une voiture qui est trop basse sera en fait poussée dans le sol par la force d'appui, appelée «toucher» ou «fonder», lorsque la voiture roule près de la vitesse maximale. De petites quantités de creux sont à prévoir lorsque les voitures approchent de la vitesse maximale, mais trop de choses feront que la voiture heurtera le sol si fort qu'elle déchargera les pneus, ce qui peut perturber la voiture et entraîner une perte de temps ou même forcer le conducteur hors de la piste.

Le vent est un autre aspect qui peut varier considérablement, et comme il a un énorme effet aérodynamique, il doit être pris en compte dans la configuration. Anticiper le vent est l'un des aspects les plus difficiles de l'ajustement de la configuration pour bien faire les choses. Les pilotes et les ingénieurs sont constamment tenus informés de l'état actuel de la vitesse et de la direction du vent lorsqu'ils travaillent en bord de piste.

En règle générale, les pilotes et les ingénieurs parlent en termes de vent de face, de vent arrière et de vent de travers par rapport à divers endroits sur la piste. Par exemple, lorsque vous conduisez sur une ligne droite menant à un virage à grande vitesse, un vent de face aura plusieurs effets : il réduit la vitesse de pointe de la voiture, il crée plus d'appui et modifie également l'équilibre aérodynamique de la voiture. Un vent arrière fait le contraire de ceux-ci.

En conséquence, les rapports de démultiplication sont généralement ajustés en fonction de la prédiction de la simulation pour la vitesse de pointe, qui devra tenir compte avec précision du vent. Du point de vue des performances, la sélection des vitesses est un compromis entre la vitesse de pointe et l'accélération. Si un vent de face important est prévu, les vitesses supérieures peuvent être raccourcies pour donner une meilleure accélération (puisque la vitesse de pointe précédente n'est plus atteignable en raison du vent de face). Dans le cas d'un vent arrière, les vitesses devront être allongées pour donner une marge supplémentaire pour éviter de heurter le limiteur de régime.

Un vent de face conduira également à plus d'appui car il y a plus d'air passant au-dessus des ailes, donc une compensation de hauteur de caisse sera nécessaire pour éviter de toucher le fond trop fort à la fin de la ligne droite. Un fort vent arrière aura l'effet inverse : l'air passant au-dessus des ailes entre en collision avec le vent allant dans la direction opposée, et moins d'appui est généré. Le résultat est une réduction de l'adhérence, et lorsqu'un vent arrière se lève soudainement, il peut vraiment surprendre un pilote. Un bon exemple de cela était dans le virage 2 de l'Indy 500 de l'année dernière. Le virage 2 est unique à Indy car c'est le seul virage sans tribune massive pour protéger la piste du vent. Des rafales soudaines à la sortie du virage ont attrapé plus de quelques conducteurs ce jour-là.

Enfin, des vents forts modifieront l'équilibre aérodynamique de la voiture, ou le centre de pression. L'équilibre aérodynamique est la répartition de l'appui aérodynamique de l'avant vers l'arrière, il joue donc un rôle important dans le sous-virage ou le survirage d'une voiture, en particulier dans les virages à grande vitesse. La méthode la plus courante pour régler l'équilibre aérodynamique consiste à utiliser le volet d'aile avant. Cependant, comme cela ne peut se faire qu'entre les sorties ou lors des arrêts aux stands, des compromis dans certains virages devront être faits au profit d'autres. Lorsqu'il s'agit d'un gros vent de face, l'appui est ajouté, mais il ne le fera pas proportionnellement de l'avant à l'arrière - le vent modifiera l'équilibre de la voiture. Cela peut être particulièrement énervant car un changement soudain d'équilibre aérodynamique dû à une rafale de vent (en particulier lorsqu'une quantité disproportionnée d'adhérence avant est ajoutée par rapport à l'adhérence arrière) peut provoquer une instabilité d'entrée et entraîner des vrilles soudaines car l'arrière ne peut pas suivre l'avant.

Pour compliquer davantage cette question, le fait que tous les virages sont orientés différemment, de sorte qu'un vent de face entrant dans un virage peut également être un vent arrière ou un vent de travers pour un autre. Pour se protéger de cela, les ingénieurs choisissent parfois d'abaisser l'angle des volets de l'aile avant pour donner à l'arrière un pourcentage plus élevé de l'adhérence globale s'ils pensent que des vents forts rendront la voiture instable. Cela peut compromettre l'équilibre dans d'autres virages, mais il le fera de manière stabilisatrice (lire : sans s'écraser).

Résumé

La voiture interagit constamment avec la piste, ce qui signifie que l'état de la surface et les conditions ambiantes joueront un rôle énorme dans le comportement de la voiture. Cet effet est si puissant que parfois les équipes ne s'aventurent même pas si elles pensent que les conditions d'une séance d'essais ne seront pas représentatives des prévisions pour les qualifications ou la course. C'est aussi pourquoi le warm-up du matin est une séance si importante pour les équipes, car c'est la séance où la surface de la piste et les conditions ambiantes sont généralement les plus similaires à la course. Pourtant, de temps en temps, une course se déroulera dans des conditions inédites à aucun moment du week-end, et les équipes devront simplement réagir.

On ne saurait trop insister sur le rôle crucial qu'une simulation joue pour réagir en conséquence à une piste en constante évolution. Il est essentiel pour une équipe de sortir rapidement du camion, de suivre une piste changeante d'une session à l'autre et de déterminer les bons ajustements (ou la bonne quantité d'ajustements) pour réussir. De nombreuses équipes ont des ingénieurs de simulation dédiés dont le travail consiste à faire correspondre un modèle mathématique à la réalité à la fin d'une session sur la base des données collectées, puis à utiliser ce modèle de manière prédictive pour la session suivante afin de déterminer le meilleur plan d'action.

Avant même la fin du débriefing d'une session, les équipes anticipent déjà les changements potentiels pour la prochaine session, en particulier lorsque le délai d'exécution est serré lors d'un week-end de course. Déterminer les meilleurs changements de configuration à apporter entre les sessions est l'un des aspects les plus difficiles d'un week-end de course pour les ingénieurs ; il y a un nombre infini de changements et de combinaisons de changements qui pourraient être faits. En fin de compte, étant donné que la surface de la piste et les conditions ambiantes sont les mêmes pour tout le monde pendant la course, la configuration de la voiture n'a pas besoin d'être parfaite, ni même bonne. Il doit juste être meilleur que tout le monde.

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