IndyCar-Tech-Download: Die Strecke zähmen

Jan 09, 2024

Von Stan Sandoval, 11. April 2023, 16:11 Uhr

Von Stan Sandoval | 11. April 2023, 16:11 Uhr ET

Der IndyCar-Kalender bietet die wohl vielfältigste Streckensammlung aller Rennserien der Welt. Dies bedeutet normalerweise, dass IndyCar im Laufe einer Saison Rennstrecken, kurze Ovale, Straßenkurse und Straßenkurse besucht. Allerdings ist auch die Variabilität der Oberflächenart, der Unebenheiten, des Grip-Niveaus und der Umgebungsbedingungen, denen IndyCar-Teams im Laufe einer Saison ausgesetzt sein werden, außerordentlich vielfältig und etwas, das die Ingenieure bei der Feinabstimmung der Setups ständig analysieren und bewerten jedes Quäntchen Leistung.

Im Gegensatz zu jeder anderen Sportart kämpft jedes Team im Rennsport nicht nur gegeneinander, sondern auch mit dem Spielfeld selbst, und diese Arena verändert sich von Woche zu Woche (und sogar von Sitzung zu Sitzung) auf eine Art und Weise, die in keiner anderen Sportart möglich wäre. Während Sportarten wie Fußball, Football und Baseball ihre Spielflächen standardisiert haben – und sogar so weit gegangen sind, in Innenräumen unter Stadiondächern zu spielen, um sie vor äußeren Einflüssen zu schützen – müssen sich Rennteams spontan an die sich ständig ändernden Eigenschaften anpassen der Rennstrecke.

Man geht fast immer davon aus, dass Ingenieure das Auto konstruieren, aber manchmal könnte man besser darüber nachdenken, dass sie versuchen, die Strecke zurückzuentwickeln und als Ergebnis einfach die entsprechenden Änderungen am Auto vorzunehmen.

Teams und Ingenieure passen ständig eine ganze Reihe von Setup-Parametern an, um auf Änderungen der Streckenoberfläche und der Umgebungsbedingungen zu reagieren, die während eines Rennwochenendes auftreten. Die Möglichkeit, diese Änderungen anzupassen (und sogar vorherzusagen), bietet einen enormen Wettbewerbsvorteil für diejenigen, die das Setup des Autos kontinuierlich im optimalen Fenster halten können, auch wenn sich die Variablen um sie herum ändern.

Die Gleisoberfläche

Überall, wo Rennwagentechnik gelehrt wird, wird der Witz gemacht, dass die vier wichtigsten Teile eines Rennwagens der Reifen, der Reifen, der Reifen und der Reifen seien. Es ist ein Sprichwort, das auf der Wahrheit basiert: Die Bedeutung der Reifen ist kein Scherz, sie sind der einzige Teil des Rennwagens, der tatsächlich mit der Straße in Kontakt kommt. Der wichtigste Teil der Rennstrecke ist aus weitgehend demselben Grund die Oberfläche. Der Zustand der Rennoberfläche ist der entscheidende Faktor für den verfügbaren Grip der Reifen in einer bestimmten Sitzung, Runde oder sogar Kurve.

Die Gleistemperatur ist der wichtigste Faktor bei der Beurteilung der Oberfläche. Reifen haben ein Wirkungsfenster, in dem sie den meisten Grip erzeugen: Zu kalt und der Gummi wird nicht klebrig, zu heiß und der Reifen wird übersättigt und beginnt zu rutschen. Angesichts der Beziehung zwischen Reifendruck und -temperatur passen Ingenieure den Reifendruck zu Beginn ständig an die Streckentemperatur an, um den Reifen in seinem Betriebsfenster zu halten.

Die Streckentemperatur hat großen Einfluss auf den Reifendruck und die Reifentemperatur und hat daher einen sehr starken Einfluss auf die Gesamthaftung. Der Grip auf der Strecke, normalerweise als Reibungskoeffizient quantifiziert, bestimmt dann praktisch jeden Aspekt eines Setups: vom Abtriebsniveau über die Federsteifigkeit bis hin zur statischen Ausrichtung und dem Getriebe. Vereinfacht ausgedrückt besteht ein Fahrzeug-Setup dazu, möglichst jederzeit den verfügbaren Grip auf der Strecke zu nutzen oder andernfalls den besten Kompromiss für die Gesamtrundenzeit einzugehen.

Die Streckentemperatur bestimmt nicht nur das Gripniveau, sondern auch die Fahrzeugbalance. Da die Vorder- und Hinterreifen unterschiedlich breit sind, unterschiedliche Kräfte auf sie einwirken und auf unterschiedliche Weise verwendet werden, hat eine Änderung der Streckentemperatur nicht die gleichen Auswirkungen auf die Vorderreifen wie auf die Hinterreifen. Eine plötzliche Änderung der Streckentemperatur verändert nicht nur das Gripniveau, sondern auch die Unter- oder Übersteuereigenschaften des Fahrzeugs. Da sich die Streckentemperatur selbst ständig ändert, ist die Einstellung eines Setups für einen Ingenieur eine nie endende Aufgabe.

Bei Straßenkursen gibt es auf unterschiedlichen Streckenabschnitten häufig unterschiedliche Beläge, was die Ingenieure dazu zwingt, nach einem Kompromiss zu suchen. Phillip Abbott/Motorsportbilder

Das Straßenmaterial ist ein weiterer Faktor, der den Grip beeinflusst, denn dieser muss mit dem Gummi des Reifens interagieren. Im Laufe einer IndyCar-Saison gibt es unterschiedliche Arten und Alter von Asphalt, Asphalt, Beton und manchmal auch Harzen, und jeder bietet leicht unterschiedliche Mengen an Grip. Dies ist kein so großes Problem, wenn die Strecke eine einheitliche Oberfläche hat, aber Strecken wie Toronto verwenden bekanntermaßen unterschiedliche Materialien in verschiedenen Ecken. In diesem Fall müssen die Ingenieure einfach mehr Kompromisse eingehen: eine Setup-Änderung, die vielleicht einer Kurve zugute kommt, einer anderen jedoch schadet.

Straßenmaterial ist auch ein wichtiger Grund, warum Teams Tests auf Strecken durchführen, nachdem diese neu asphaltiert wurden. Der Barber Motorsports Park wurde Ende 2019 komplett neu asphaltiert, was zu einer enormen Verbesserung der Bodenhaftung führte. Die Tests Anfang 2021 waren wichtig: Die Runden waren mehr als 2,0 Sekunden schneller als die Pole-Zeit von 2019 (und das trotz der Hinzufügung des Aeroscreens). Ein so großer Unterschied erforderte nicht nur ein Umdenken beim Setup, sondern angesichts der unterschiedlichen Kurvengeschwindigkeiten auch eine völlig neue Schaltungsanordnung.

Auch die Unebenheiten der Streckenoberflächen können stark variieren. Eine Runde um Detroit ist in dieser Hinsicht ein ganz anderes Erlebnis als eine Runde um Barber. Der Haupteffekt von Unebenheiten auf das Setup ist das Feder- und Dämpferpaket. Steifere Autos können tiefer auf dem Boden gefahren werden, was sich positiv auf den Abtrieb auswirkt, außerdem sind sie reaktiver und können die Richtung besser ändern. Allerdings verkraften steife Autos Unebenheiten überhaupt nicht gut. Die Fähigkeit eines weicheren Setups, Unebenheiten zu absorbieren und die Reifen auf dem Boden zu halten, ist entscheidend; Der Reifen kann nichts tun, wenn er nicht auf der Strecke ist, weil er in die Luft springt!

Schließlich ist bei der Analyse der Streckenoberfläche ein weiterer wichtiger Faktor die „Streckenentwicklung“ oder die Menge an Gummi, die aufgetragen wurde. Zu Beginn eines Rennwochenendes (oder nach einem Regenschauer) wird die Strecke als „grün“ bezeichnet, was eine frische Strecke bedeutet. Wenn die Autos ihre Runden drehen, hinterlassen sie eine Gummischicht auf der Strecke. Je mehr Runden gefahren werden, desto mehr Gummi befindet sich auf der Oberfläche. Das kommt dem Grip zugute: Das Beste, woran Gummi haften kann, ist mehr Gummi. Je mehr Runden also auf einer Rennstrecke gefahren werden, desto schneller wird es. Aus diesem Grund wird es „Streckenentwicklung“ genannt, und das ist der Grund, warum Teams normalerweise warten, bevor sie zu Beginn des ersten Trainings mit dem Laufen beginnen, und warum Teams immer versuchen, ihre Qualifikationsrunden so spät wie möglich zu verlassen. Wie bei vielen anderen Faktoren, die bereits besprochen wurden, ändert sich auch die Balance, wenn sich die Streckenhaftung ändert, und die Ingenieure müssen dies entsprechend mit dem Setup ausgleichen.

Die Teams werden immer versuchen, der Entwicklung der Strecke immer einen Schritt voraus zu sein, da diese relativ vorhersehbar ist. Eine Besonderheit beim Ablegen von Gummi besteht jedoch darin, dass sich die Berechnung ändert, je nachdem, welche Art von Gummi zuletzt abgelegt wurde. Unterschiedliche Reifenmischungen passen nicht immer zueinander. Ingenieure werden immer unmittelbar vor einer Sitzung darauf achten, welche Serien auf der Strecke liefen, da an einem Rennwochenende normalerweise viele Serien nacheinander antreten. Wenn beispielsweise eine NASCAR-Sitzung unmittelbar vor einer IndyCar-Sitzung stattfand, würden die Ingenieure davon ausgehen, dass der Grip zu Beginn der Sitzung leicht verringert wird, da NASCAR-Gummi die Streckenentwicklung eines IndyCars nicht unterstützt.

Ein weiterer Aspekt der Bahnentwicklung sind Murmeln. Wenn Sie schon einmal mit einem Radiergummi auf ein Blatt Papier gegriffen haben und gesehen haben, wie sich Gummipartikel ablösen, dann kennen Sie das Konzept. Wenn Reifen auf der Fahrbahnoberfläche reiben, löst sich der abgenutzte Gummi vom Reifen und landet außerhalb der Ideallinie. Das Fahren auf Murmeln führt zu einem massiven Gripverlust und kann sehr tückisch sein; Sie gelangen zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche, wie eine Zeichentrickfigur, die versucht, auf Kugellagern zu laufen.

Umgebungsbedingungen

Da IndyCar über einen Zeitraum von sieben Monaten überall von Florida bis Oregon Rennen austrägt, wird es im Laufe des Jahres natürlich zu einer großen Bandbreite an Temperaturen, Luftbedingungen und Wind kommen. Änderungen dieser Bedingungen haben Folgewirkungen auf die Fahrzeugabstimmung, die für die richtige Abstimmung von entscheidender Bedeutung sind: Die Fähigkeit eines Teams, seine Abstimmungen an sich ändernde Bedingungen anzupassen, kann zum Zeitpunkt des Rennens den Unterschied zwischen einer konkurrenzfähigen Abstimmung oder einer schlechten Balance ausmachen um.

Änderungen der Lufttemperatur wirken sich auf verschiedene Aspekte der Fahrzeugabstimmung aus. Die Bedeutung der Streckentemperatur wurde bereits besprochen, die Streckentemperatur wird jedoch stark von der Lufttemperatur und der Wolkendecke beeinflusst. Die Kühlerabdeckungen, manchmal auch Blocker oder Blinding genannt, sind in verschiedenen Größen erhältlich und werden weitgehend von der Lufttemperatur bestimmt. Diese Abdeckungen sind am Einlass des Seitenkastens zu sehen und unterscheiden sich je nach Motorenhersteller in ihrer Form. Eine größere Abdeckung des Kühlers wirkt sich positiv auf den Luftwiderstand aus, führt aber auch zu höheren Öl- und Wassertemperaturen des Motors, was sich auf die Leistungsabgabe auswirkt. Das Finden des richtigen Kompromisses zwischen Luftwiderstand, Leistung und Zuverlässigkeit durch die Anpassung dieser Blocker an die Lufttemperatur kann einen enormen Einfluss auf die Leistung haben, insbesondere auf aerodynamisch sensiblen Strecken wie dem Indianapolis Motor Speedway, wo Luftwiderstand und Leistung die dominierenden Faktoren für die Rundenzeit sind .

Die richtige Konfiguration der Kühlerblocker kann auf aerodynamisch sensiblen Strecken wie IMS einen gewaltigen Unterschied machen. Michael Levitt/Motorsportbilder

Die Luftdichte, die nicht nur von der Lufttemperatur, sondern auch von Luftfeuchtigkeit und Luftdruck beeinflusst wird, hat einen großen Einfluss auf den Abtrieb eines Autos, der wiederum die Starthöhen beeinflusst. Beispielsweise erzeugt das gleiche Auto bei gleicher Geschwindigkeit in dichterer Luft mehr Abtrieb. Wenn vorhergesagt wird, dass die Bedingungen mehr Abtrieb erzeugen, müssen die Ingenieure zum Ausgleich die Ausgangsfahrhöhen des Autos anheben (und sie können das Auto auch absenken, wenn vorhergesagt wird, dass die Luftdichte sinkt).

Dies geschieht, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug unabhängig von den Luftbedingungen in einer ähnlichen Nähe zum Boden fährt (wo die Erzeugung von Abtrieb am effizientesten ist). Ein Auto, das als Reaktion auf einen Rückgang der Luftdichte nicht ausreichend abgesenkt wird, ist während der gesamten Runde zu hoch und verliert große Mengen an Abtrieb, weil es weit vom aerodynamischen Optimum entfernt ist. Ein Auto, das als Reaktion auf eine Erhöhung nicht angehoben wird, hat überall auf der Strecke eine geringere Luftdichte, was dazu führen kann, dass das Auto nicht mehr fahrbar ist. Ein zu niedrig stehendes Auto wird tatsächlich durch den Abtrieb in den Boden gedrückt, was als „Touching“ oder „Bottoming“ bezeichnet wird, wenn das Auto nahezu Höchstgeschwindigkeit fährt. Wenn sich die Autos der Höchstgeschwindigkeit nähern, ist mit einer geringen Bodenbildung zu rechnen, aber zu viel wird dazu führen, dass das Auto so hart auf dem Boden aufschlägt, dass die Reifen entlastet werden, was das Auto verunsichern und zu Zeitverlust führen oder den Fahrer sogar dazu zwingen kann, abzusteigen Schiene.

Wind ist ein weiterer Aspekt, der drastisch variieren kann, und da er einen enormen aerodynamischen Effekt hat, muss er beim Aufbau berücksichtigt werden. Den Wind zu antizipieren ist einer der schwierigsten Aspekte bei der richtigen Abstimmung des Setups. Fahrer und Ingenieure werden bei Arbeiten am Streckenrand ständig über den aktuellen Stand der Windgeschwindigkeit und -richtung informiert.

Normalerweise sprechen Fahrer und Ingenieure von Gegenwind, Rückenwind und Seitenwind in Bezug auf verschiedene Orte auf der Strecke. Wenn Sie beispielsweise auf einer Geraden fahren, die in eine Hochgeschwindigkeitskurve mündet, hat Gegenwind mehrere Auswirkungen: Er verringert die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs, erzeugt mehr Abtrieb und verschiebt außerdem die Aerobalance des Fahrzeugs. Rückenwind bewirkt das Gegenteil davon.

Infolgedessen werden die Übersetzungsverhältnisse typischerweise auf der Grundlage der Simulationsvorhersage für die Höchstgeschwindigkeit angepasst, die den Wind genau berücksichtigen muss. Aus leistungstechnischer Sicht ist die Wahl der Gänge ein Wechselspiel zwischen Höchstgeschwindigkeit und Beschleunigung. Wenn starker Gegenwind vorhergesagt wird, können die oberen Gänge verkürzt werden, um eine bessere Beschleunigung zu erreichen (da die bisherige Höchstgeschwindigkeit aufgrund des Gegenwinds nicht mehr erreichbar ist). Bei Rückenwind müssen die Gänge verlängert werden, um mehr Kopffreiheit zu schaffen und ein Anfahren des Drehzahlbegrenzers zu vermeiden.

Gegenwind führt auch zu mehr Abtrieb, da mehr Luft über die Flügel strömt. Daher ist ein Höhenausgleich erforderlich, um ein zu starkes Aufsetzen am Ende der Geraden zu vermeiden. Ein starker Rückenwind hat den gegenteiligen Effekt: Luft, die über die Flügel strömt, kollidiert mit Wind, der in die entgegengesetzte Richtung weht, und es wird weniger Abtrieb erzeugt. Das Ergebnis ist eine Verringerung des Grips, und wenn der Rückenwind plötzlich zunimmt, kann das für den Fahrer eine echte Überraschung sein. Ein großartiges Beispiel dafür war Kurve 2 beim Indy 500 im letzten Jahr. Kurve 2 ist in Indy einzigartig, weil es die einzige Kurve ohne eine riesige Tribüne ist, die die Strecke vor dem Wind schützt. Plötzliche Böen am Kurvenausgang erwischten an diesem Tag nicht wenige Fahrer.

Schließlich verändern starke Winde die Aerobalance oder den Druckschwerpunkt des Autos. Unter Aero-Balance versteht man die Verteilung des Abtriebs von vorne nach hinten. Daher spielt sie eine große Rolle dabei, ob ein Auto untersteuert oder übersteuert, insbesondere in schnellen Kurven. Die gebräuchlichste Methode zur Anpassung der Aero-Balance ist die Frontflügelklappe. Da dies jedoch nur zwischen den Ausfahrten oder bei Boxenstopps möglich ist, müssen in einigen Kurven Kompromisse zugunsten anderer eingegangen werden. Bei starkem Gegenwind erhöht sich der Abtrieb, allerdings nicht proportional von vorne nach hinten – der Wind verändert die Balance des Autos. Dies kann besonders beunruhigend sein, da eine plötzliche Verschiebung des Aero-Gleichgewichts durch einen Windstoß (insbesondere, wenn im Vergleich zum hinteren Grip unverhältnismäßig viel Grip an der Vorderseite hinzugefügt wird) zu Instabilität beim Einstieg führen und zu plötzlichen Drehungen führen kann, weil das Heck nicht mithalten kann mit der Vorderseite.

Erschwerend kommt hinzu, dass alle Kurven unterschiedlich ausgerichtet sind, sodass ein in eine Kurve eintretender Gegenwind auch Rücken- oder Seitenwind für eine andere sein kann. Um sich davor zu schützen, entscheiden sich Ingenieure manchmal dafür, den Klappenwinkel des Frontflügels zu verringern, um dem Heck einen höheren Anteil an der Gesamthaftung zu geben, wenn sie glauben, dass starker Wind das Auto instabil machen würde. Dadurch kann die Balance in anderen Kurven beeinträchtigt werden, dies geschieht jedoch auf stabilisierende (sprich: nicht abstürzende) Weise.

Zusammenfassen

Das Auto interagiert ständig mit der Strecke, was bedeutet, dass der Zustand der Oberfläche und die Umgebungsbedingungen eine große Rolle für das Verhalten des Autos spielen. Dieser Effekt ist so stark, dass Teams sich manchmal gar nicht erst auf den Weg machen, wenn sie der Meinung sind, dass die Bedingungen für ein Training nicht repräsentativ für die Vorhersagen für das Qualifying oder das Rennen sind. Aus diesem Grund ist das morgendliche Aufwärmen auch eine so wichtige Sitzung für Teams, da in dieser Sitzung die Streckenoberfläche und die Umgebungsbedingungen normalerweise am ähnlichsten sind wie beim Rennen. Dennoch kommt es hin und wieder vor, dass ein Rennen unter Bedingungen stattfindet, die es an diesem Wochenende noch nie gegeben hat, und die Teams müssen einfach reagieren.

Es kann gar nicht genug betont werden, wie wichtig die Rolle der Simulation ist, wenn es darum geht, entsprechend auf eine sich ständig ändernde Rennstrecke zu reagieren. Um erfolgreich zu sein, ist es für ein Team von entscheidender Bedeutung, schnell vom Truck zu kommen, mit der sich von Sitzung zu Sitzung ändernden Strecke Schritt zu halten und die richtigen Anpassungen (oder das richtige Maß an Anpassungen) zu ermitteln. Viele Teams verfügen über spezielle Simulationsingenieure, deren Aufgabe es ist, am Ende einer Sitzung auf der Grundlage der gesammelten Daten ein mathematisches Modell mit der Realität abzugleichen und dieses Modell dann prädiktiv für die nachfolgende Sitzung zu verwenden, um die beste Vorgehensweise zu bestimmen.

Noch bevor die Nachbesprechung einer Sitzung abgeschlossen ist, blicken die Teams bereits auf mögliche Änderungen für die nächste Sitzung, insbesondere wenn die Bearbeitungszeit während eines Rennwochenendes knapp ist. Für die Ingenieure ist es einer der schwierigsten Aspekte eines Rennwochenendes, die besten Setup-Änderungen zwischen den Sitzungen zu ermitteln. Es gibt unendlich viele Änderungen und Kombinationen von Änderungen, die vorgenommen werden könnten. Da die Streckenoberfläche und die Umgebungsbedingungen während des Rennens für alle gleich sind, muss das Fahrzeug-Setup letztendlich nicht perfekt oder gar gut sein. Es muss einfach besser sein als alle anderen.

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