As duas principais competições de corridas de resistência são IMSA e WEC, ambas baseadas em diferentes categorias de corrida, gran touring (GT) e protótipo. No IMSA, a categoria protótipo é chamada de GTP, enquanto no WEC isso é chamado de hipercarro (hyp). Como esses dois correm juntos nas 24 horas da corrida de LeMans, eles sofrem um equilíbrio de desempenho (BoP) e o GTP é renomeado para lemans Daytona hybrid (LMDH), enquanto o hipercarro é renomeado para lemans hypercar (LMH). O principal indicador-chave de desempenho para uma equipe de corrida de resistência é:

O motorista; O pneu; O carro/produto; O gerente da equipe.

Existem três metas que os pneus de resistência devem atingir. As corridas são muito diferentes quando comparadas em termos de onde ocorrem. Por exemplo, na Europa, os circuitos têm asfaltos muito bem conservados e renovados. Porém, nos EUA existem algumas pistas que ainda possuem o mesmo asfalto desde que a pista foi criada. Assim, essas pistas têm todas as características de um asfalto velho, com muitos ressaltos e sem aderência uniforme. Portanto, os pneus de resistência devem ser construídos para lidar com essas condições. Por esse motivo, os principais objetivos no design de pneus para corridas de resistência são Segurança, Longevidade e Versatilidade.

Segurança

Um fato interessante sobre a segurança dos pneus é que um pneu nunca explode em trechos de baixa velocidade da pista, ele sempre estoura no final da reta. Na verdade, este é um ponto em que o pneu está mais exposto às forças devido à velocidade. Embora a segurança represente a saúde e a vida dos motoristas, ela também representa a marca do pneu, pois um acidente causado por uma falha no pneu também prejudica o nome e a imagem do fornecedor.

Longevidade

É um parâmetro que no campo das corridas de enduro é de performance. Por exemplo, o principal objetivo das equipes são stints duplos ou triplos com os mesmos pneus. Além disso, dependendo do evento, se for Le Mans ou Daytona, a longevidade pode representar ficar na frente o máximo de voltas sem ter muitos carros na frente. Como Le Mans é uma pista longa, um pit-stop para troca de pneus pode representar um carro 1-2s mais rápido, mas mesmo que o mesmo seja válido para Daytona, um pit-stop neste caso pode resultar em muitos carros separando você daquele que está realmente à sua frente.

Versatilidade

Significa a escolha do pneu certo para as condições certas, isso significa o composto do pneu e a temperatura da pista. Por exemplo, a pista de corrida costuma usar dois tipos de pneus, o comercial e o confidencial. Os pneus comerciais têm a mesma estrutura e tecnologia do pneu desenvolvido para veículos rodoviários, portanto não há nenhum segredo. Algumas séries de corrida usam basicamente pneus de carros de rua. Os pneus confidenciais possuem estrutura que utiliza muitos segredos tecnológicos do fabricante. Normalmente, esses tipos de pneus podem ser notados, porque os pneus de corrida comerciais são mais duros do que os confidenciais e, portanto, exigem uma curvatura mais negativa. Por exemplo, alguns carros do WTCC rodam em 5° – 7° de curvatura, enquanto um carro GT roda com 2° – 3°. Esses números podem ser menores se for um monoposto de rodas descobertas, 1° – 2° de cambagem negativa.

Etapas de projeto e desenvolvimento

Os requisitos para pneus de carros de passeio são muito amplos, por exemplo, eles lidam com ambientes diferentes. Além disso, existem também as preferências dos clientes, que os utilizam em diferentes situações. Por outro lado, os pneus de corrida são muito mais simples em termos de requisitos do cliente, na verdade existe apenas um, que é permitir que um carro de corrida funcione o mais rápido possível. Normalmente, nas principais séries de corridas de resistência, existem diferentes fornecedores de pneus e também diferentes compostos. São macios para baixas temperaturas (SLT), macios para altas temperaturas (SHT) e médios para altas temperaturas (MHT).

Eles geralmente são escolhidos para pistas de corrida específicas e as condições do evento. Os estados de design e desenvolvimento são baseados em quatro processos. Estas são basicamente maneiras de testar os pneus antes do teste de pista. Isso começa com um modelo matemático que é desenvolvido com as propriedades e características do pneu em desenvolvimento. Assim, este modelo é testado em um test-rig DIL, o que significa drive-in-a-loop, um espaço de trabalho virtual ou simulador. A razão desta etapa é que permite ao test driver subtrair algum KPI do modelo proposto. Essas duas etapas geralmente são baseadas no projeto CAD seguido de FEA. Muitas equipes e empresas trabalham com o software Tame Tire, que também pode implantar a saída do Tame Tire no DIL. Assim, é possível ter uma prévia, uma estimativa, do balanceamento do carro com os pneus propostos. Na verdade, o DIL é uma ferramenta absolutamente necessária para um carro de corrida ou fornecedor de pneus. O motorista deve confiar no modelo do pneu para extrair o máximo de informações que puder. Embora os simuladores modernos forneçam uma resposta próxima ao real, às vezes eles vão longe da realidade. Porém, é uma ferramenta que entrega as tendências ou as principais características que o pneu apresenta. Isso ocorre porque os simuladores têm uma grande tolerância em relação às réplicas de pneus. Por exemplo, em uma pista real, se o piloto sair da linha, isso costuma resultar em, no mínimo, um acidente. Nos simuladores são diferentes, mas os modelos de pneus melhoraram muito de forma que os resultados estão cada vez mais próximos da realidade.

Um aspecto importante do DIL é o plano de teste. Os motoristas geralmente usam o simulador muito rapidamente. Assim, uma estratégia geralmente é propor diferentes modelos de pneus e configurações de carros e, em seguida, avaliar os ganhos. Isso permite visualizar em que ponto o motorista está utilizando o simulador, ou quando o modelo do pneu está sendo aprimorado, ou mesmo se o balanceamento do carro muda. Os simuladores devem ser idênticos aos carros de corrida, por exemplo, sua fidelidade não se limita apenas ao software. Na verdade toda a estrutura do simulador se assemelha a um carro de corrida, por exemplo, são simulados a embalagem interna, a temperatura interna, o cheiro e até o procedimento para dar a partida. O pneu manso é um modelo de pneu termomecânico empírico feito exclusivamente para aplicações DIL. Permite avaliar a rigidez da correia, a distribuição da área de contato, a aderência obtida pela banda de rodagem e a evolução térmica entre as camadas do pneu. Após a fase de simulação e virtual, os primeiros protótipos são construídos e submetidos a bancadas de teste. Estes permitem avaliar os pneus em campo prático e real de acordo com sua aderência, comportamento térmico, durabilidade e longevidade. Por fim, os testes reais em pista confirmam o projeto a partir do modelo numérico e das simulações. Portanto, o objetivo nas sessões de teste de pista é entender a degradação dos pneus no mundo real. O teste de pista permite entender se o pneu é confiável mesmo sob escombros. Outro ponto importante, que esse teste em pista permite avaliar, é se os eixos dianteiros vão fazer o que é definido pelos requisitos do cliente, o que já foi simulado no DIL. Por exemplo, se o carro apresenta a melhor aderência dos eixos dianteiro e traseiro, mas estes vieram na hora errada, então este carro não pode explorar sua aderência máxima. Nesses carros, talvez seja melhor ter menos aderência, mas vindo no momento certo, isso é chamado de equilíbrio do carro.

Mecânica dos pneus

É muito importante entender que os pneus não irão gerar forças a menos que haja algum movimento relativo entre o pneu e o solo. Este conceito é válido para movimentos longitudinais e laterais. Neste primeiro caso, a capacidade do pneu em gerar forças é caracterizada pela razão de deslizamento. Dá uma métrica da diferença da velocidade vista pela roda e a velocidade vista pelo solo. Portanto, é possível descrever as seguintes suposições:

• K_x = 0 → free rolling;
• K_x > 0 → acceleration;
• K_x < 0 → braking;
• K_x < -100 → locking.

Em situações de deslizamento lateral, o que caracteriza a aderência do pneu é o ângulo de deslizamento α. Esta é a diferença entre a direção em que a roda está apontando e a direção em que ela está realmente viajando. A velocidade relativa junto com a carga vertical faz com que o pneu gere forças enquanto adere ao solo. À medida que o pneu gira, a banda de rodagem começa a ser cisalhada até um ponto em que a deformação faz com que o elemento da banda de rodagem comece a deslizar. O pneu ainda está na condição linear.

Assim, é possível resumir que um pneu quando Fz é aplicado e um deslizamento gerado, forças laterais e longitudinais são produzidas. Se o deslizamento for introduzido, as forças na planta baixa (x,y) podem ser geradas. Estes podem ser medidos por células de carga e medidores de tensão instalados no triângulo ou nas hastes de empurrar/puxar. Como o atrito gera calor, o comportamento térmico do pneu está estritamente ligado à temperatura na banda de rodagem. Uma métrica importante para um pneu é a janela de temperatura, que basicamente descreve a sensibilidade da aderência do pneu em relação à temperatura. Normalmente em corridas de resistência existem diferentes compostos para diferentes temperaturas, por exemplo, pneu macio para alta e baixa temperatura. Outro ponto importante é o perfil de rugosidade da estrada. Como cada carro gera diferentes cargas nos pneus e velocidade relativa, eles enfrentam as pistas de maneira diferente. Isso ocorre porque a geração da aderência do pneu é baseada na adesão e no recuo. A maior parte é gerada pela adesão. No entanto, a indentação é sensível à rugosidade. Portanto, diferentes pistas apresentam diferentes níveis de macrorrugosidade e microrrugosidade, o que afeta o nível de aderência.

Principais indicadores de parâmetros de desempenho do pneu – KPI

Os principais indicadores-chave de desempenho do pneu em corridas de resistência são pressão, temperatura e degradação.

Pressão

A pressão dos pneus é um dos principais KPI na hora de avaliar o desempenho dos pneus, geralmente é medida por manômetros instalados na válvula da roda ou manômetros manuais. Alguns deles também fornecem a medição da temperatura do ar. Na verdade, o uso de ar nas corridas causa alguns problemas. Primeiro tem uma umidade considerável, depois pode levar à formação de vapor que afeta a pressão do pneu. Além disso, as moléculas de ar são pequenas, portanto, expõem os pneus à difusão, razão pela qual os pneus de estrada geralmente precisam ser inflados. Os pneus de corrida geralmente são inflados com N2 (Nitrogênio), porque esse composto possui moléculas maiores, portanto, menos prontidão para difusão. Além disso, devido ao seu calor específico e ao menor teor de vapor, é possível proporcionar condições de pressão mais estáveis.

Degradação

É a perda progressiva de aderência durante o funcionamento do pneu. Até o som do pneu durante sua operação muda. Os sons dos pneus podem mudar de acordo com os componentes. Alguns deles são muito barulhentos, ou há situações em que podem ser muito silenciosos. Na aderência mais alta, o pneu funcionará com menos ruído. Os motoristas não precisam da pressão ou temperatura dos pneus, eles geralmente procuram primeiro a aderência. Na verdade, eles estão sempre procurando aderência. Ficaram agarrados pelo volante, além do torque de autoalinhamento sentido, não sabem distinguir a quantidade dele que vem do trilho mecânico ou do pneumático. Assim, o volante pode ser um sensor falso para o motorista, mas é o único. A degradação dos pneus pode ser calculada pela análise do tempo da volta. Como as voltas mais rápidas são sempre o foco, há a degradação e alguns outros outliers que afetam os tempos de volta. Estas últimas podem ser tráfego ou voltas lentas, devem ser filtradas. Assim, as amostras de voltas que o piloto é capaz de fazer levarão a uma tendência, que permite construir uma antevisão dos tempos de volta.

O equilíbrio geral do carro geralmente começa com um comportamento de subviragem. Depois de algumas voltas o carro apresenta qual é o seu equilíbrio geral, um leve comportamento de sobreviragem, que é manejável, e geralmente preferível, pelos pilotos. Quando isso aumenta muito o comportamento de sobreviragem, o carro se torna muito difícil de controlar, muito físico e estressa muito os motoristas.

Referências

• Haney, Paul. The Racing & High-Performance Tire – Using the Tires to Tune for Grip & Balance. TV Motorsports, SAE, January, 2003;
• Parte desse artigo foi baseada nas minhas anotações feitas na palestra Tires In Endurance Racing ministrada por M. Leschiutta and M. Angelelli em 01/12/2022 na Dallara Accademy.