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Especial: cómo funcionan los frenos de un coche de F1 y cómo los trabajan los pilotos

Este elemento crítico del rendimiento de un auto puede parecer sencillo, pero, como explica Pat Symonds en este artículo, como siempre en la Fórmula 1, muy pocas cosas son simples.

Aunque los motores de Fórmula 1 atraen la mayor parte de la atención, el sistema de frenado es casi igual de crucial para el rendimiento puro. Consideremos algunas cifras de rendimiento. Una buena salida para un coche de F1 sería aquella en la que recorriera alrededor de 90 metros en cuatro segundos, siendo lo habitual entre 70 y 80 metros. Esa salida perfecta representa una aceleración de alrededor de 1,2G. Sería una aceleración bastante constante. La frenada es aún más impresionante.

Al acercarse a la Rettifilo en Monza (la primera chicana), un coche de F1 reducirá su velocidad de 336 km/h a 88 km/h en 2,75s, en solo 350m. Esto representa una deceleración media del doble de la aceleración en la línea de salida, pero, más importante aún, no es constante, con una deceleración máxima que alcanza alrededor de 5,5G.

El hardware básico del sistema de frenado no ha cambiado sustancialmente en los últimos años. Los discos se fabrican universalmente en carbono desde principios de la década de 1980. No es lo mismo que el material compuesto de carbono utilizado en el chasis, sino un carbono puro, en el que las fibras se carbonizan y densifican en una matriz de carbono sólido capaz de funcionar a unos 1200C, la misma temperatura que la lava fundida.

Del mismo modo, las pinzas se mecanizan a partir de una aleación especial de aluminio-litio, el material elegido desde que el uso del berilio fue prohibido hace algunos años por motivos de salud.

Las fibras se carbonizan y densifican en una matriz de carbono sólido capaz de funcionar a unos 1200C, la misma temperatura que la lava fundida

Aunque el hardware principal ha seguido siendo familiar, el diseño detallado ha seguido evolucionando, particularmente en la refrigeración, con discos que tienen múltiples orificios de refrigeración de pequeño diámetro y pinzas con todo tipo de complejas características mecanizadas en ellas para aumentar la superficie y ayudar a la refrigeración.

El desarrollo más significativo es el brake-by-wire, un sistema que se hizo necesario por la recuperación de energía híbrida. Este puede recuperar energía a cualquier nivel hasta 350kW. Es una contribución significativa al total de 2000kW de potencia de frenado. Esta recuperación de energía se produce al convertir el motor eléctrico híbrido en un generador y utilizarlo para cargar la batería. Ahora bien, si la batería está descargada, esto no plantea problemas, pero si la batería está completamente cargada, el sistema no puede añadir nada y, por tanto, la regeneración tendrá que limitarse.

El sistema brake-by-wire se encarga de esto. El sistema es totalmente convencional para los frenos delanteros. En otras palabras, el piloto pisa el pedal de freno, lo que produce una presión en los conductos de freno delanteros que aprieta las pastillas contra el disco y ralentiza el coche.

En la parte trasera es ligeramente diferente. Sigue produciéndose una presión en el conducto de freno trasero, pero puede entenderse como una demanda de frenado más que como una presión física en las pinzas traseras. Un sensor de presión mide el esfuerzo que el piloto ha impuesto al sistema, y la electrónica arbitra entonces cómo se produce la retención trasera. Puede ser una combinación de tres efectos: el frenado normal de los discos y las pastillas, el frenado natural del motor con el acelerador cerrado y la recuperación de energía del motor eléctrico híbrido.

While basic hardware remains familiar, brake- by-wire is a big advance

Photo by: Alessandro Martellotta / Alessio Morgese / NurPhoto via Getty Images

La necesidad de un sistema así genera una oportunidad para añadir rendimiento al coche. La proporción del esfuerzo de frenado entre delante y detrás en la mayoría de los coches se fija en un valor constante aproximadamente proporcional a la distribución de peso entre delante y detrás. En un coche de carretera esta proporción es esencialmente fija y, como en carretera la mayor parte de las frenadas se realizan en línea recta y son bastante suaves, resulta adecuada.

Un piloto de carreras, sin embargo, busca el máximo rendimiento, y esto dicta que estará frenando ya bien entrado al ingreso de la curva, lo que puede provocar inestabilidad. También querrá modificar el reparto de frenada para distintos tipos de curvas y compensar el estado de los neumáticos y, dado que un coche de F1 no tiene frenos antibloqueo, minimizar la posibilidad de bloquear una rueda.

Por tanto, el volante ofrece al piloto varios controles para extraer rendimiento; no solo de la fuerza de frenado, sino también de la forma en que la frenada altera el equilibrio de manejo del coche. Buscará una buena mordida inicial, así que pisará fuerte los frenos, pero, a medida que el coche se ralentiza, la carga aerodinámica y, por tanto, el agarre disminuyen, por lo que tendrá que liberar algo de presión para evitar bloquear una rueda. Todo esto ocurre mientras el coche gira hacia la curva y el peso se transfiere hacia la parte delantera y las ruedas exteriores. En estas condiciones, el reparto de frenada tiene un gran impacto en el equilibrio de manejo del coche.

En general, debido a la aerodinámica y la arquitectura, y en cierta medida a las características de los neumáticos, un coche de F1 tenderá a ser bastante inestable en la entrada de una curva y luego empezará a subvirar al llegar al ápice. Para contrarrestarlo, el reparto de frenada se modificará dinámicamente, con más sesgo hacia delante al iniciar el giro y una migración constante del reparto hacia atrás a medida que el coche se acerca al vértice de la curva. Ya hemos visto que el piloto necesita reducir la presión de frenado a medida que el coche pierde velocidad, así que la migración de frenada puede mapearse fácilmente en función de la presión de frenado.

Un interruptor del volante permitirá al piloto seleccionar varios mapas diferentes de reparto y migración de frenada, que habrá estudiado antes de conducir el coche

Eso no quiere decir que toda la configuración de la frenada se haga mediante la modulación de la presión. La primera necesidad es recuperar energía para la batería, y el arbitrador de frenada de la ECU dará prioridad a esto siempre que sea posible. El freno motor también puede mapearse junto con la distribución normal de la presión de frenado, todo lo cual se combina para dar al piloto la distribución de fuerza longitudinal sobre los neumáticos que mejor se adapte a su necesidad de máximo agarre mientras lleva al límite las fuerzas laterales y longitudinales.

Un interruptor del volante permitirá al piloto seleccionar varios mapas diferentes de reparto y migración de frenada, que habrá estudiado antes de conducir el coche, y los utilizará para compensar diferentes cargas de combustible y el estado de los neumáticos, o incluso una condición de viento concreta en una curva.

A veces, especialmente en la entrada de una curva muy lenta, al piloto puede resultarle difícil hacer rotar el coche y conseguir que entre en la curva. En estas circunstancias puede utilizar un botón adicional, apodado el freno de mano, que puede desplazar el reparto de frenada hacia atrás y abrir el diferencial para permitir que la parte trasera del coche deslice y meter el coche en la curva.

Como en la mayoría de las áreas de la F1, la frenada parece simple desde fuera, pero en la práctica es muy sofisticada. Hoy en día los frenos son tan importantes como herramienta de manejo como muchos de los medios más convencionales para alterar el equilibrio del coche.

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