Uma das principais habilidades que um piloto de corridas automobilísticas deve ter é a técnica de frenagem. Em uma corrida, para minimizar o tempo de volta, basicamente deve-se reduzir o tempo e a distância de frenagem o máximo possível. Para isso o engenheiro de análise de dados pode auxiliar o piloto mostrando parâmetros coletados pela telemetria do veículo. Os parâmetros para avaliação da técnica de frenagem são:

• Esforço de frenagem;
• Velocidade de frenagem;
• Agressividade de frenagem;
• Suavidade de desacionamento do freio;

Através desses parâmetros, Segers [1,2] diz que é possível realizar as seguintes observações acerca do piloto:

• O ponto de frenagem e a consistência do piloto em mantê-lo durante a corrida;
• A distância total de frenagem e a consistência do piloto em mantê-la durante a corrida;
• O tempo de reação do piloto, que é o breve período em que este desaciona o pedal do acelerador e aciona o pedal do freio;
• A rapidez com que o piloto atinge máxima desaceleração;
• A força aplicada pelo piloto no pedal de freio;
• A modulação da frenagem compensando as variações de aderência do pneu no decorrer das voltas completadas;
• A variação da pressão de freio nas reduções de marcha, enquanto se executa o punta-taco.

Exemplo básico

Uma das formas mais tradicionais de se avaliar a técnica de frenagem entre dois pilotos, é na situação de uma curva de baixa-média velocidade após um grande reta. A curva do lago de Interlagos é um exemplo disso, carros do gran turismo facilmente superam os 230 Km/h no fim da reta oposta, para então frear e contornar a curva do lago com cerca de 100 – 110 km/h.

O exemplo ilustrado na Figura acima mostra a interação de dois pilotos com a curva, um deles é bastante experiente (linha vermelho) e o outro (linha preta) já possui um significativo nível de adaptação. Como se pode observa, o primeiro detalhe é a diferença nos pontos de frenagem, o piloto vermelho aciona os freios cerca de 24 m depois do piloto preto. Então, o piloto vermelho consegue passar mais tempo acelerando, atingindo uma velocidade final maior no último momento antes da curva. No caso,  243 contra 237 km/h do piloto vermelho e preto, respectivamente. Passando para o gráfico de pressão de freio, observa-se que o piloto preto não consegue uma pressão de freio tão alta quanto o piloto vermelho, 77 contra 107 BAR, respectivamente. Em outras palavras, o piloto preto não apenas exerce um pressão frenagem menor, como a velocidade de aumento dessa pressão também é inferior. Além disso, pode-se verificar a distância de frenagem entre ambos, que foi de 174 e 190 m para os pilotos vermelho e preto, respectivamente. Portanto, pode-se concluir que, o piloto vermelho consegue exercer uma grande força de acionamento, provocando um rápido pico de pressão de freio, o que ajuda a encurtar a distância de frenagem. Apesar disso, ambos obtém boa suavidade no alívio do freio, e isso será visto adiante.

Esforço de frenagem

Para avaliar o quão eficiente o piloto conseguiu reduzir a velocidade na entrada de uma curva, Segers [1,2] sugere o uso de dois parâmetros básicos que podem ser levantados pela telemetria, a pressão total máxima de freio e aceleração longitudinal mínima (pois o valor é negativo). O primeiro parâmetro é dado pela seguinte Equação:

Pbrake = Pbf + Pbr

Onde “Pbrake” é pressão total máxima, Pbf e Pbr são as pressões totais nos eixos dianteiro e traseiro, respectivamente. O parâmetro seguinte é aceleração longitudinal do veículo, no momento da frenagem essa aceleração torna-se negativa devido estar atuando no sentido contrário ao convencionado, por isso a denominação mínima. Apesar dessa relação com a pressão total ser bastante intuitiva, esta não é direta, e nem sempre a pressão máxima de frenagem estará alinhada com mínima aceleração longitudinal. Para configurar esse parâmetro no software basta seguir a Equação acima nos campos matemáticos deste, a única diferença ficará por conta da nomenclatura dada aos parâmetros de pressão total nos eixos dianteiro e traseiro.

O segundo parâmetro é a aceleração longitudinal mínima, no caso, o quanto o veículo está desacelerando. Na Figura acima há um exemplo da aproximação para a curva do lago. Observa-se que a pressão máxima de frenagem não coincide com a aceleração longitudinal mínima. Segundo Segers [1,2], a razão por de trás deste detalhe está no desempenho dos pneus. O parâmetro de esforço de frenagem deve ser analisado com cautela, uma vez que o desempenho dos pneus decai a medida que se desgastam, logo é natural que o esforço de frenagem sofra uma redução no decorrer da corrida ou treino, pois o piloto, para compensar a perda de desempenho dos pneus, reduz a força aplicada no pedal.

Como pode ser observado na Figura, os pontos mostram a relação desaceleração máxima e máxima pressão de freio e pode-se observar três partes distintas. A ponto solitário no canto direito se refere a uma da voltas dadas no começo do stint, logo com pneus frios, podendo representar uma travada de roda. O tempo de volta neste não foi o pior, estava na média deste piloto e reflete um provável excesso de força no acionamento do freio em algum ponto do circuito. Isso é plausível pois, pilotos costumam relatar que carros da categoria GT3, que são os desse exemplo, na ocasião de pneus novos precisam ser guiados agressividade para que aqueles aqueçam o mais rápido possível. Os valores mais a esquerda da Figura mostram pressões que variam entre 100 e 140 BAR com desacelerações consideravelmente mais baixas que média. Isso é reflexo do desgaste dos pneus, e da compensação que o piloto está fazendo para conseguir utilizar o máximo de desempenho que o pneu ainda é capaz de produzir. Os valores ao centro, são os valores referentes as melhores voltas, sugerem que a desaceleração de 1,80-1,85 G é máximo que se pode obter. Entretanto, é possível ver uma grande variação em cada volta obtendo a mesma desaceleração, de 160 a 200 BAR. Portanto é pode-se concluir que há um certo exagero do piloto no acionamento do freio, perdendo constância na força que o mesmo aciona o sistema.

Ponto e distância de frenagem

Frequentemente o engenheiro de corrida acaba tendo que reportar a dois pilotos diferentes guiando o mesmo carro, isso é comum em corridas de carros gran turismo e esporte-protótipo. Assim, para ilustrar as diferenças nos pontos de frenagem de cada piloto, é comum utilizar os parâmetros de pressão máxima de freio e velocidade junto com os gráficos de tempo e distância e o mapa da pista.

A Figura ilustra a volta rápida de dois pilotos durante treinos livres em Interlagos com carros de categoria GT3, nesta é possível visualizar muitas diferentes entre estes. A priori pode-se dizer que o piloto representado pela linha rosa provavelmente está em fase de aprendizado, o que é comum em categorias de carros GT3, já que estas recebem pilotos pagantes não profissionais. Isso pode ser afirmado pela forma comedida que o piloto rosa aciona os freios, a diferença de pressão entre ele e o piloto representado pela linha preta é significativa. Além disso, o piloto rosa constantemente perde o ponto de freada, que é sempre um pouco a frente do piloto preto.

Confirmando o observado na Figura, a Figura serve para ilustrar mais rapidamente o que é visualizado no gráfico de tempo e distância, porém de uma forma mais simplificada e didática. Assim, esse gráfico é útil para uma análise rápida, sendo necessário uma posterior verificação de outros parâmetros igualmente importantes, como a velocidade com que a pressão de freio aumenta, por exemplo.

Utilizando o parâmetro Aceleração combinada, é possível visualizar até mesmo se o piloto utilizou toda a capacidade de frenagem do veículo. Primeiramente, é importante falar que a aceleração combinada é um parâmetro que representa a aceleração geral que o veículo está sofrendo, pois sabe-se que acelerações nos três eixos de um automóvel, os eixos x,y e z. Assim, o parâmetro é dado pela Equação:

Gcomb = √{(Glat)² + (Glong)²}

No software PI Toolbox essa Equação pode ser configurada pelo seguinte código:

sqrt(([Glat]*[Glat]) + ([Glong]*[Glong]))

É importante ressaltar que a nomenclatura dos parâmetros Glat e Glong pode variar de acordo com o usuário. A Figura mostra que o piloto na situação em questão, aproximação para a curva do lago de Interlagos, poderia ter desacelerado mais. Pois um maior aceleração foi utilizada para contornar a curva. Isso mostra que o veículo poderia ter sido um pouco mais exigido na freada forte em linha reta, talvez o piloto ganharia uma frenagem em menor distância, podendo assim, frear num ponto mais afastado do que o visto nesse exemplo.

Velocidade de freio

Assim como no parâmetro de velocidade de acionamento do acelerador, visto no artigo “Como Analisar a Técnica de Aceleração do Piloto Através da Coleta de Dados?”, a velocidade de acionamento do freio também tem papel importante na forma como o veículo responde aos comandos do piloto. O fato é que movimento muito bruscos tendem a perturbar o comportamento do veículo. Isso ocorre pois estes movimento provocam um taxa de variação muito alta e dependendo do momento, quase tornam a situação mais complicada. Por exemplo, ao acelerar bruscamente, as rodas podem patinar, no mínimo. Se o volante for acionado de forma súbita, a guinada do veículo em resposta pode levar a uma condição crítica e difícil de recuperar. No caso do freio, não é diferente, mas existem algumas particularidades, que serão pontuadas nos quatro exemplo dados a seguir. Nestes serão analisados quatro pilotos guiando o mesmo carro, porém com níveis de habilidade diferentes, variando entre o iniciante e o profissional, passando pelo amador com habilidades um pouco mais lapidadas. Assim como nos exemplos dados por Segers [1,2], também abordaremos a mesma situação, a aproximação para a curva 1 de Interlagos, o “S do Senna”, por questões de familiaridade. Ressalta-se que o veículo em questão é da categoria GT3 e dispõe de freios ABS, cambio sequencial e execução automática do punta-taco.

O exemplo assim trata-se de um piloto iniciante, ainda se adaptando as características do carro. Antes de frear, o piloto executa um breve período de coasting que o faz percorrer 14 m sem ação nenhum no acelerador e no freio. Ao iniciar a frenagem, obtém uma velocidade de crescimento da pressão de freio até razoável (217 bar/s, mas o pico de pressão de freio não é ideal para uma frenagem efetiva, no caso, apenas 43 bar. A pressão de freio não reduz significativamente ao longo da frenagem, o que mostra ainda uma certa inabilidade ou falta de conhecimento em entender que preciso reduzir a pressão progressivamente para lidar com as transferências de carga e variações de aderência. A distância de frenagem é longa, 217 m. Além disso, embora o piloto não retire o pedal de freio de forma brusca, aparentemente parece não ter força física para aliviar a pressão de freio com suavidade.

Neste exemplo é possível observar que o piloto possui um pouco mais de experiência em relação ao anterior, pois, aparentemente, tem o conhecimento de que deve frear forte e aliviar progressivamente, mas ainda assim enfrenta alguns problemas. Embora menor, ainda há coasting em execução nesse exemplo, o piloto percorre cerca 10 m sem ação no acelerador e no freio. Em suma, perdendo alguns centésimos de s, 0,14s. A taxa de variação de pressão no início da frenagem é alta (707 bar/s), fazendo que se atinja um pico de pressão de 57,5 bar, valores significativamente maiores do que os observados no exemplo anterior. Além disso, observa-se uma progressiva diminuição da pressão de freio, que é pela boa variação da velocidade de freio, cerca – 57 bar/s, o que é bastante satisfatório. Entretanto, a freada foi cumprida em 200 m, que, embora menor que o exemplo anterior, ainda não é um valor interessante. Talvez a justificativa tenha sido a pequena variação na inclinação da curva de pressão de freio, que é destacada pelo círculo. Nessa faixa, esta caindo para cerca 120-125 bar quando sobe levemente para 130-135. A explicação para isso pode ser um erro no ponto de frenagem, onde o piloto percebeu que freou um pouco cedo demais, e tentou ajusta a pressão de freio para não perder tanto tempo. Por fim, esse piloto mostrou habilidade superior ao do exemplo anterior, mas talvez não tenha a consistência, ainda, para efetuar frenagens com o mínimo de variação do ponto da mesma.

O terceiro piloto a ser analisado mostra uma situação bastante diferente da vista no segundo caso. Aqui pode interpretar até mesmo algumas diferenças na técnica do piloto para acionar os pedais. Isso pode ser observado pelo de não haver atraso no transição entre aceleração e frenagem, o que abre a suspeita de que trata-se de um piloto que freia com o pé esquerdo. Essa suspeita é maior, ao identificar que ainda sem tirar totalmente o acelerador, a pressão de freio já está em 15 bar. A velocidade da variação da pressão de freio é razoável, 518 bar/s, a máxima pressão de freio obtida frações de segundo em seguida é de, 57,5 bar. Embora seja o mesmo valor obtido pelo piloto do exemplo dois, foi obtida de forma diferente. Após isso, a redução pressão de freio não foi realizada de maneira progressiva, mas mostra que o piloto tentou evitar ser brusco no alívio de pressão. Contudo a variação negativa da taxa com a qual a pressão de freio reduz oscilou bastante, mostrando muitos picos negativos. Na parte final da frenagem, observa-se uma súbita queda na pressão de freio. Contudo, verificando o parâmetro de velocidade da roda dianteira esquerda, observa-se uma redução anormal da velocidade e a estabilização. A região onde isso ocorre, o veículo já está virando para contornar a curva, então levanta-se a hipótese de um breve travamento da roda. A reação do piloto é desacionar completamente o pedal de freio. Mesmo equipado com freios ABS, podem ocorrer pequenos travamentos, porém não tão significativos. Neste caso, o veículo percorreu 18 m em cerca o,6s, do ponto em que a pressão caiu subitamente até o ponto na qual voltou a subir. Apesar dessa freada ter sido um tanto caótica, o piloto cumpriu a tarefa em 182 m, sendo menor distância até agora. É interessante observar a diferença de técnica entre este e o piloto do caso dois, que foi mais progressivo, porém errou levemente o ponto de freada. Talvez, se não tivesse errado, teria cumprido a freada em uma distância menor que este piloto, uma vez que sua técnica estava um pouco mais refinada. Se mais interessante ainda observar o estado que os pneus utilizados pelo piloto deste caso terminaram o stint e compara-los com os mesmos do piloto do caso dois.

Os dois próximos exemplos mostrarão os pilotos que fizeram as melhores voltas dentre os cinco. A Figura acima ilustra as atividades do piloto quatro em sua aproximação do “S do Senna”. Nesta pode-se observar que o piloto executa uma freada forte com coasting quase zero e rápido crescimento da pressão de freio, 464 bar/s. O pico de pressão no sistema é obtido um pouco depois, atingindo cerca de 74 bar. Após isso o piloto tenta administrar o pedal de freio para executar a freada na menor distância possível. Entretanto, observando as curvas de velocidade de freio (Brake_Speed) e pressão do freio dianteiro (*pbrake_f), nota-se que o piloto tentou regular a pressão de frenagem pois aparenta ter percebido um excesso de frenagem ou um erro no ponto de frenagem. Por esse motivo observa-se um segundo pico positivo da velocidade de freio, 153 bar/s. Em seguida um pico negativo, de – 219 bar/s é visto. Apesar desses detalhes, a freada é executada satisfatoriamente, tendo o piloto percorrido 234 m, desacionando o freio já dentro da curva. Isso mostra que esse piloto já tem mais experiência na distribuição de cargas sobre as rodas durante uma aproximação de curva, pois dentro da curva o mesmo equilibra uma pressão freio reduzida com a carga lateral que estão sofrendo.

A última análise mostra um piloto bem mais familiarizado com o carro e com a pista. O tempo de coasting é inexistente, a pressão de freio sobe rapidamente e o alívio desta é feito adequando a aderência a frenagem e ao contorno da curva, uma vez que a frenagem acaba já dentro da primeira perna do “S do Senna”. A velocidade com que a pressão de freio sobe tem um pico positivo de 920 bar/s, que resulta num quase instataneo crescimento da pressão do freio, com pico de 140 bar. Após isso o piloto mantém relevante força de acionamento do pedal de freio, até começar a reduzir a pressão do freio. Nesse momento, chega a atingir um pico negativo de – 753 bar, mas reduzindo para -384 bar/s, onde o piloto já se encontrava na primeira perna do “S” e precisava equilibrar as cargas sobre os pneus. O piloto 5 conseguiu cumprir a frenagem com 229 m, e mostrou boa desenvoltura em aliviar a frenagem para poder esterçar veículo.

Agressividade e suavidade

Durante a análise das Figuras, comentou-se por diversas vezes a velocidade com o pressão máxima de freio é atingida e velocidade com que a pressão de freio é reduzida. Segers [1,2] define isso como brake agressiveness e brake smoothness, que são a agressividade e suavidade com que o piloto aciona os freios. Em termos gerais, o piloto deve ser agressivo na freada para aproximação de uma curva, principalmente quando o veículo saindo de uma sessão de alta velocidade da pista. No momento de liberar as rodas, o piloto deve aliviar os freios progressivamente, não apenas para não perturbar a transferência de carga longitudinal das rodas, como também para equilibrar essa transferência quando o volante começa a ser acionado. Isso é importante, pois nesse momento os pneus estarão lidando com a transferência de carga longitudinal restante, do final da freada, e com a transferência de carga lateral no início da curva. Segers [1,2] sugere filtrar o parâmetro de velocidade de freio (visto na sessão acima) para mostrar valores superiores a 40 bar/s, e assim poder visualizar melhor a agressividade no acionamento dos freios. No caso da suavidade, que verificada no momento do alívio do pedal, o autor sugere utilizar os dados de velocidade de freio absolutos, ou seja, de forma que o sinais negativos seja visualizados positivos. Então, vamos avaliar dois dos cinco pilotos vistos nos exemplos acima.

A Figura acima mostra o parâmetro brake agressiveness, definido anteriormente, ao longo das voltas durante um stint, é não difícil perceber que se trata de dois pilotos em estágios de maturidade diferentes. Embora os pontos rosas se sobreponham a alguns pontos pretos, podemos ver que o piloto preto consegue ser muito mais agressivo no freio ao longo do stint, embora também mostre uma queda na agressividade da metade para o fim, o que sugere uma adaptação a degradação dos pneus. O piloto rosa, por sua vez, para ainda estar se adaptando ao veículo, sua agressividade cresce no decorrer do stint, de forma que ao final deste, o mesmo exibe uma agressividade maior do que a exibida inicialmente.

Uma forma de avaliar a suavidade com que o piloto alivia a força no pedal de freio ao longo das voltas, é configurar uma gráfico com o número de volta e o parâmetro de velocidade do freio, porém configurado para mostrar apenas os valores negativos. A Figura acima ilustra a situação dos dois pilotos já mencionados anteriormente. Como se pode observar, o piloto rosa parece mais constante, exibindo taxas menos agressivas, ao contrário do piloto preto que exibe picos de – 400 bar/s. O piloto preto é mais agressivo no início do stint, mas conforme as voltas aumentam, aumenta a suavidade na qual aciona os freios. O piloto rosa, como visto em análises anteriores, foi consideravelmente mais lento que o piloto preto e exibiu um comportamento que sugere que este encontra-se em adaptação. De certa forma, os seus valores visto na Figura, não são tão atrativos, uma vez que o piloto não conseguiu produzir uma pressão de freio adequada. Por isso, é sempre bom visualizar a situação com vários parâmetros em conjunto, para se ter uma noção do que realmente está acontecendo.

Observando o contorno do “S do Senna” pelo piloto rosa, pode-se observar na Figura que a queda abrupta de pressão no final da frenagem, que coincide com o momento que o piloto está entrando na curva. Isso pode ser prejudicial, a priori, devido a perturbação no comportamento do veículo. Também é possível visualizar, que a pressão de freio, praticamente se mantém constante durante a frenagem, com o piloto modulando minimente o pedal de freio, até solta-lo ao entrar na curva.

Referências

1. Segers. J. Analisys Tequiniques for Racecar Data Acquisition, 1° Edition. Warrendale, PA. SAE International. 2008.
2. Segers. J. Analisys Tequiniques for Racecar Data Acquisition, 2° Edition. Warrendale, PA. SAE International. 2014.