Analisi tecnica della Williams FW14B, la “macchina venuta da un altro pianeta” che ha rivoluzionato la Formula 1 degli anni Novanta.
10 vittorie e 15 Pole Position in 16 Gran Premi disputati, 164 punti sublimati con entrambi i Titoli Piloti e Costruttori. Un prestazionale Renault V10 da 750 cavalli celato da una storica livrea gialla, bianca e blu, un prodigio di ingegneria capace di scrivere una pagina di storia dell’automobilismo. È la regina indiscussa del 1992, è la protagonista di questo articolo: è la Williams FW14B di Nigel Mansell e Riccardo Patrese, la monoposto talmente all’avanguardia da esser considerata aliena.
Un piccolo passo indietro
Come molto spesso accade nel mondo della Formula 1 la lettera “B” nel nome di una vettura sta a indicare che la monoposto in questione, in realtà, altro non è che l’evoluzione di un modello già esistente. In effetti la storia della FW14B comincia proprio durante l’inverno a ridosso tra il 1990 e il 1991, quando la scuderia del compianto Sir Frank Williams, reduce da un Campionato concluso in quarta posizione, è nuovamente costretta a rimandare l’appuntamento con la gloria del quinto Titolo Iridato.
Sono gli anni del dominio McLaren, della rivalità tra la razionalità cinica del “Professore” Prost e il talento cristallino di “Magic” Senna. Una lotta prima intestina, fraticida, tra le due monoposto di Woking, poi incrociata con la Rossa di Maranello, quando il tre volte Campione del Mondo francese, compresa l’ingombranza sempre maggiore del tre volte Campione del Mondo brasiliano, decise di accasarsi in Ferrari. Ma pur sempre una lotta a quattro mani, durante la quale gli uomini di Grove ricoprirono un ruolo marginale: una stagione a dir poco disastrosa nel 1988, dopo l’abbandono dei motori turbo Honda e il passaggio ai meno prestazionali Judd V8, un secondo posto in Campionato Costruttori nel 1989 e, appunto, la quarta posizione nel 1990.
(AP Photo/Tsugufumi Matsumoto, File)
È proprio con queste premesse che vennero concepite la Williams FW14 e la successiva FW14B, vetture nate con lo scopo di colmare il distacco con i rivali McLaren e imporsi nella lotta al Titolo dopo tre anni di digiuno dalle posizioni di vertice.
Motore
L’unità termica scelta per la propulsione delle Williams dal 1989 al 1998 fu il classico Renault serie RS, una famiglia di motori che iniziò la propria avventura in Formula 1 proprio nel 1989 legandosi al team di Grove. All’epoca fu quasi un azzardo ma oggi, a distanza di oltre trent’anni, non possiamo non riconoscere che la scelta dei motori francesi fu una mossa vincente. La famiglia RS si rivelò essere tanto longeva quanto di successo, perdurando fino al 2013 (seppur nella sua configurazione V8) e conquistando un totale di 12 Titoli Costruttori e 11 Titoli Piloti.
Il motore equipaggiato dalla Williams FW14, più nello specifico, è il Renault RS3, un V10 aspirato da 3.5 litri ad iniezione elettronica con bancate disposte con un angolo di 67°. L’impiego di materiali leggeri e ad alte prestazioni (come le leghe di alluminio) e l’adozione di soluzioni innovative per l’epoca (come la distribuzione con valvole a richiamo pneumatico, o i cornetti di aspirazione a lunghezza variabile nella specifica “C”) resero l’RS3 un motore abbastanza compatto e leggero rispetto al predecessore, ma allo stesso tempo più potente di circa 40 cavalli a parità di regime di rotazione, consentendo agli inglesi di compiere un ulteriore passo in avanti verso il Titolo Iridato.
Titolo che, però, arriverà solo con la motorizzazione RS4 del 1992, concettualmente abbastanza simile alla precedente (stessa cubatura, stesso angolo di bancata, stessi ausili elettronici e pneumatici) ma in grado di mantenere un regime di rotazione maggiore (13000 giri/min, a discapito dei 12500 precedenti) e di erogare una maggiore potenza (700 cavalli, 50 in più).
Valvole a richiamo pneumatico
Il sistema coniato dagli ingegneri Renault fu presto ribattezzato in PVRS, Pneumatic Valve Return System. L’idea alla base di questo dispositivo è quella di sostituire la forza elastica offerta dalla molla in fase di apertura della valvola – forza che, frazioni di secondo dopo, ne determinerà la chiusura per richiamo – con la compressione e la successiva decompressione di un gas inerte, tendenzialmente azoto. Una valvola di questa tipologia è anche detta pneumatica e la sua struttura è del tutto simile a quella di una valvola più convenzionale, con la sola differenza che la molla lascia spazio a un cilindretto a tenuta stagna in cui scorre un pistone vincolato allo stelo della valvola. Nel corpo vettura, inoltre, devono essere presente sia un opportuno serbatoio capace di stoccare il gas inerte, sia una centralina che, tramite appositi regolatori, aiuti a mantenere costante la pressione nei cilindretti.
I vantaggi legati alla scelta di una distribuzione a valvole pneumatiche erano molteplici e principalmente legati all’annullamento del valve float, fenomeno innescato dalla scarsa reattività della molla in fase di chiusura e quindi dalla mancata aderenza tra la valvola e il lobo della camma. L’utilizzo di valvole pneumatiche garantiva (e garantisce tuttora, sulle attuali Power Unit di Formula 1) minori perdite di potenza e prestazioni migliorate agli alti regimi di rotazione, ma soprattutto assicurava un controllo più preciso sulla fase di apertura e chiusura , consentendo una maggiore flessibilità nella gestione dei tempi di aspirazione e scarico.
Cornetti di aspirazione a lunghezza variabile
Detto anche trombetta per via della sua particolare forma, il cornetto di aspirazione è un condotto tubolare con un’apertura svasata posto sulla testata del motore, uno per ciascun cilindro, con l’obiettivo di ridurre le turbolenze in fase di aspirazione e, dunque, migliorare l’aspirazione stessa.
Variando la geometria del cornetto è possibile ottenere prestazioni differenti: trombette più lunghe sono in grado di favorire i bassi regimi mentre, al contrario, trombette più corte premiano gli alti regimi. Il propulsore montato dalle due Williams era in grado di variare in maniera automatica la lunghezza della trombetta, adattandola in funzione del regime di rotazione del motore.
Tornando al motore Renault…
La soluzione offerta dai francesi di certo non era la migliore in termini di prestazioni assolute, specialmente se paragonata alle varie motorizzazioni turbocompresse in voga all’epoca (come il V6 Honda), ma l’elevata affidabilità del 10 cilindri d’oltralpe era tale da sopperire al deficit di potenza accusato rispetto alla concorrenza. Senza contare che la cavalleria Renault, seppur limitata, era ampiamente in grado di alimentare il sofisticato sistema di sospensioni attive, risultato che il team di Grove, prima del 1992, era riuscito a raggiungere solo nel 1987 grazie ai sopracitati propulsori giapponesi. Poter sfruttare i vantaggi di tale tecnologia senza dover necessariamente fare uso di un più pesante motore turbocompresso fu sicuramente un grande vantaggio per il team di Grove, a discapito degli avversari.
Sospensioni attive
Sfatiamo una credenza tanto diffusa nell’immaginario collettivo quanto scorretta, ossia che il sistema di sospensioni attive sia stato introdotto nel 1992. In realtà la predisposizione di un controllo automatico in grado di influenzare l’assetto della monoposto e, di riflesso, le sue prestazioni aerodinamiche risale al 1987, in occasione del Gran Premio d’Italia vinto da Nelson Piquet. La FW11B guidata dal pilota brasiliano, infatti, era equipaggiata con sistema “Williams Reactive Ride“, una copia del più celebre schema di sospensioni attive schierato in pista dalla Lotus 99T nel corso della stessa stagione e che la scuderia dei coniugi Chapman aveva già cominciato a testare, con vari prototipi, nel lontano 1982. Reattivo e non attivo dal momento che il sistema montato dalle due Williams era solamente in grado di reagire alle asperità dell’asfalto, annullandone gli effetti e stabilizzando quanto più possibile il corpo vettura.
I primi esperimenti nel 1988
Ma come funzionava il Williams Reactive Ride? Il sistema adottato dalle due monoposto inglesi era compoto da un ariete idraulico e da una serie di attuatori a controllo elettronico collegati agli schemi pushrod in sostituzione delle tradizionali sospensioni passive. Diversi sensori sparsi per il corpo vettura erano in grado di misurare i livelli di downforce agente su ogni pneumatico, regolando di conseguenza la rigidezza della molla e garantendo i giusti livelli il grip per ogni ruota.
L’impianto idraulico era anche in grado di manipolare in maniera dinamica l’angolo di incidenza della vettura variando l’altezza del retrotreno a seconda delle esigenze. In curve molto strette il sistema rialzava il retrotreno (assetto rake) in maniera tale da incrementare il grip sull’asse anteriore e consentire al pilota di curvare meglio la monoposto, mentre in curve ad alta velocità il sistema abbassava il retrotreno per avere una migliore trazione e una maggiore stabilità al posteriore.
Su quella che ritenevano una solida base di partenza, gli ingegneri di Grove lavorarono a lungo durante la pausa invernale affinché la nuova monoposto nascesse sotto una buona stella. La convinzione era che il deficit di potenza introdotto dai propulsori Judd V8 (circa 400 cv in meno rispetto ai più prestazionali Honda V6 turbocompressi) potesse essere compensato dallo schema sospensivo collaudato nel corso della precedente stagione, andando a migliorare sensibilmente l’aerodinamica della monoposto. Gli sforzi, però, non vennero ripagati dai risultati in pista e la Williams FW12, vettura iscritta al Campionato del 1988, fu un fiasco totale.
L’impianto idraulico era semplicemente troppo pesante (25 kg) e troppo energivoro (consumava circa il 5% della potenza erogata dal motore) per la soluzione meccanica proposta, rivelandosi più un malus che un bonus per i due piloti della scuderia inglese. Come se non bastasse, il sistema era anche inaffidabile dal momento che l’idraulica di bordo era soggetta a frequenti infiltrazioni d’aria, facendo sì che Nigel Mansell e Riccardo Patrese si ritrovassero tra le mani una monoposto altamente instabile e in grado di variare pericolosamente assetto anche a distanza di poche curve. Come prevedibile la stagione fu un disastro e il team di Grove, maturando una decisione simile a quella intrapresa dagli uomini Lotus, abbandonò la strada delle sospensioni attive. O almeno fino al 1992…
Il “Williams Active Suspension” e l’apporto di Adrian Newey
Non chi comincia, ma quel che persevera. Se da un lato investire sulle sospensioni reattive nel 1987 fu una mossa azzardata, quasi un fallimento data la precocità dei tempi, d’altro canto perseverare con questa idea anche nel 1992 nonostante il parere contrario di Nigel Mansell fu proprio la scintilla che innescò il successivo dominio Williams nel cuore degli anni Novanta. Grazie ad una coppia di assi del calibro di Patrick Head e Adrian Newey, il primo in qualità di Direttore Tecnico, il secondo progettista di spicco in casa Leyton House e astro nascente dell’ingegneria del veicolo, la scuderia di Grove fu capace di reinventare il sistema innovativo sperimentato appena 5 anni prima, dando luogo alla prima monoposto Williams con sospensioni attive.
Montato per la prima volta sulle FW14B di Mansell e Patrese, il “Williams Active Suspension” poteva vantare di un’architettura ben più complessa e sofisticata rispetto quella del suo antenato; un requisito, questo, necessario affinché il nuovo sistema di sospensioni attive potesse assicurare i giusti livelli di precisione e sicurezza. Al retrotreno, in una posizione comune per entrambe le soluzioni, era collocato l’ariete idraulico completo di serbatoio di riserva, il cui compito era alimentare gli attuatori con valori di pressione costanti e nell’ordine delle 200 atmosfere. A fungere da intermediari tra attuatori e pompa ad ariete una vasta serie di valvole ad azione elettrica, in grado di regolare flussi in virtù di piccoli segnali elettrici provenienti dalla centralina.
Il risultato fu un prodigioso sistema di controllo in tempo reale che, tramite correzioni all’atto pratico istantanee, era in grado di smorzare eventuali fenomeni di sovrasterzo, sottosterzo, beccheggio e rollio innescati durante la percorrenza di una curva. Avantreno e retrotreno erano completamente indipendenti l’uno dall’altro e l’impianto idraulico era in grado di alzare o abbassare l’altezza di percorrenza di una parte della monoposto in maniera automatica a seconda del layout della curva, adeguando la vettura alle esigenze della pista e anticipando le asperità dell’asfalto.
La Williams FW14B si rivelò nel complesso una monoposto nettamente schiacciante, forte di un divario tecnico in grado di sbaragliare la concorrenza con pesanti distacchi sia in qualifica che in gara. Nigel Mansell, pilota che maggiormente apprezzò il sistema sospensivo proposto da Newey nonostante un iniziale scetticismo, non ha mai usato mezzi termini nel descrivere la soluzione che gli consentì di vincere il primo e unico Titolo Mondiale nel 1992.
“La cosa negativa dietro le sospensioni attive è che se il sistema avesse avuto un guasto, probabilmente avrebbe potuto ucciderti. Semplicemente ti avrebbe spinto fuori dalla pista senza alcun controllo della vettura, con le ruote in direzioni completamente opposte. Dritto contro le barriere. Può sembrare molto sconcertante, ma in realtà c’è stato un lavoro di squadra completo con Riccardo [Patrese] e Damon [Hill]. Abbiamo lavorato affinché raggiungessimo un sistema fail safe, un sistema in cui in caso di guasto avremmo avuto un collasso completo del sistema e non delle ruote che andavano in ogni direzione. Ovviamente in caso di guasto non avremmo potuto continuarela gara, ma almeno la macchina avrebbe evitato di ucciderci“.
Cambio semiautomatico
Oltre ad alimentare gli attuatori delle sospensioni attive, l’impianto idraulico montato dalla Williams FW14B era in grado di fornire olio ad alta pressione anche ad altre utenze come il pionieristico cambio semiautomatico. Il dispositivo in questione era un sistema di trasmissione sequenziale a 6 rapporti (più retromarcia) e con disposizione trasversale in cui la gestione delle cambiate era totalmente affidata all’azione simultanea di una centralina elettronica e di una serie di attuatori idraulici.
Il funzionamento del cambio semiautomatico della Williams FW14B era abbastanza semplice e non di molto dissimile dai sistemi di trasmissione delle attuali monoposto. La centralina, ricevua la richiesta di cambio marcia formulata dal pilota tramite opportune palette collegate al volante, era in grado di leggere alcuni parametri di vita del motore (come il regime di rotazione e la posizione dell’acceleratore) e di sincronizzare l’azione degli attuatori idraulici disposti sulla scatola del cambio, che si assumevano l’onere di gestire sia i movimenti di attacco e stacco della frizione, sia la variazione del rapporto di trasmissione.
Con questa predisposizione il sistema semiautomatico era in grado di garantire cambi di marcia notevolmente più rapidi rispetto a un cambio manuale tradizionale, diminuendo di conseguenza i tempi sul giro. Non di meno, il pilota aveva modo di cambiare il rapporto di trasmissione senza dover staccare le mani dal volante, migliorando sensibilmente l’esperienza di guida e la qualità delle traiettorie.
Mettere a punto un cambio semiautomatico come quello montato dalle varie Ferrari a partire dal 1989 non fu un’operazione semplice. Il primo prototipo prodotto dagli stabilimenti di Grove e schierato in pista in occasione del Mondiale 1991 si rivelò essere inefficace e la Williams FW14, pur essendo un’auto dalle enormi potenzialità, collezionò anche numerosi ritiri. Nigel Mansell arricchì il proprio carniere con 5 vittorie, 3 in più rispetto al compagno di squadra Riccardo Patrese, ma ciò non fu sufficiente a battere le più affidabili McLaren MP4/6 guidate da Ayrton Senna e Alain Prost. Solo con la specifica B della stessa monoposto gli uomini di Frank Williams riuscirono a trovare il giusto compromesso tra affidabilità e prestazioni, dominando il Mondiale 1992.
Aerodinamica
Come tutte le monoposto di Adrian Newey che si rispettino, anche la Williams FW14B era caratterizzata da un concetto aerodinamico estremo, quasi esasperato. L’idea concepita dall’ingegnere britannico era quella di riunire i vantaggi dovuti al sistema di sospensioni attive, ossia un’altezza di marcia sempre ottimale in base alle condizioni del fondo stradale, con un profilo aerodinamico innovativo che massimizzasse la deportanza generata dal fondo. Per perseguire tale scopo il sottoscocca delle due monoposto di Grove venne realizzato con un fondo ampio e piatto, più grande di quanto effettivamente la meccanica di bordo necessitasse, che terminava con un ampio diffusore curvato verso l’alto.
Per aumentare la portata del flusso, il muso della monoposto venne opportunamente rialzato e combinato con un’ala a filosofia anedrica, in grado di generare carico sui profili esterni e di indirizzare il flusso centrale verso il fondo. Una soluzione, questa, già proposta dalla Tyrrell nel 1989 e che Adrian Newey sperimentò già nelle sue prime esperienze in March, pur non avendo una disponibilità economica sufficiente per proseguire in maniera congeniale con questa filosofia.
L’unione di tutte queste soluzioni già di per se era in grado di garantire risultati eccelsi, vedasi la Williams FW14 del 1991. Ma è proprio con l’adozione delle sospensioni attive che il design di Newey raggiunse l’apice della propria funzionalità.
Sviluppata con una filosofia inwash, l’ala anteriore proposta da Newey presentava una serie di appendici aerodinamiche in grado di catturare il tyre squirt e di indirizzarlo verso le aperture dei sidepods, in maniera tale da raffreddare i due radiatori posti in posizione arretrata. Con questo particolare design l’ala anteriore era in grado di non perturbare il flusso del sottoscocca utilizzato per generare deportanza al posteriore, incrementando le performancce del diffusore.
Predominio dell’elettronica
Se dal punto di vista meccanico la FW14B era un’auto all’avanguardia date le numerose soluzioni escogitate dagli uomini capitanati da Patrick Head, dal punto di vista elettronico la monoposto di Grove non era da meno. Diversi furono gli ausili elettronici montati sulle due vetture inglesi, ciascuno dei quali, in un modo o in un altro, ha segnato un’epoca fungendo da spartiacque tra la “vecchia” e la “nuova” Formula 1.
TCS (Traction Control System)
I propulsori Renault erano dotati di un sistema di controllo automatico della trazione, altra soluzione all’avanguardia considerando il contesto storico e ormai sdoganata nel mondo automotive. Ciascuna delle quattro ruote era mappata nella ECU tramite un opportuno sensore di velocità. La centralina motore era quindi in grado di leggere le velocità di rotazione di entrambi gli assi della monoposto, calcolando il differenziale di velocità tra anteriore e posteriore. Quando questa differenza pendeva a favore del posteriore (slittamento, posteriore più veloce dell’anteriore) la centralina agiva in maniera diretta sull’alimentazione del motore andando a diminuire a potenza erogata e, di conseguenza, la coppia motrice in eccesso, ripristinando i corretti livelli di aderenza ed equalizzando nuovamente le velocità dei due assi.
ABS (Anti-Lock Braking System)
Anche se solo in occasione di qualche sporadica gara, durante il Mondiale 1992 le due FW14B di Mansell e Patrese scesero in pista montando un sistema ABS. Così come per il controllo di trazione anche per l’ABS il principio di funzionamento è del tutto pedissequo a quello delle moderne auto stradali: ciascun mozzo era dotato di un sensore in grado di leggere la rotazione di una ruota fonica, quindi del pneumatico, e di trasformarla in continue variazioni di corrente da inviare alla centralina. In caso di assenza di segnali provenienti da un determinato sensore, la centralina ABS interpretava la ruota come bloccata e interveniva in maniera opportuna andando a parzializzare la valvola di ritorno dell’impianto frenante; in questa maniera parte del fluido freni era forzata al ritorno nel serbatoio di accumulo e, di conseguenza, la pressione sui cilindretti della pinza frenante diminuiva, facendo recuperare rotazione al pneumatico bloccato.
