F1 Techniek | Staat Red Bull er echt zo slecht voor met Hamilton's overspeed?

De Grand Prix van Brazilië veroorzaakte een enorm gegons in de media, door een aantal gebeurtenissen die niemand voorzien kon hebben. De vraag waar de enorme overspeed van Hamilton op het rechte stuk vandaan kwam is echter technisch gezien waarschijnlijk de meest interessante voor deze rubriek. F1Maximaal bekijkt voor jou wat de achtergrond en verklaringen hiervoor kunnen zijn.

Laten we hiervoor eerst naar de startparameters kijken. Interlagos, het Autódromo José Carlos Pace in São Paulo, Brazilië, is een middelhoog gelegen circuit met ijlere lucht, waar niet veel races hebben plaatsgevonden sinds de F1 er voor het laatst in 2019 neerstreek, voor deze race tenminste. Dit was dus een groene baan. Dit weekend zou er ook een sprintrace plaatsvinden, wat betekent dat de teams maar één vrije training van een uur hadden om de afstellingen voor de auto’s optimaal te krijgen. Verder zou Hamilton starten met een nieuwe motor. Mercedes heeft aangegeven dat deze motor speciaal vervaardigd is met afstellingen om er een aantal extra pk’s uit te krijgen, te weten 15 pk volgens Hywel Thomas, hoofd van Brixworth Engines bij Mercedes.

Tijdens de kwalificatie op vrijdag blijkt Red Bull niet in staat de RB16B te optimaliseren voor de heersende omstandigheden, en eindigt op 0,438 seconde achter Hamilton, gevolgd door Bottas op 0,535 seconde, en Pérez op 0,549 seconde. Dit is dezelfde Bottas die een magistraal rondje reed in Mexico, en de pole daar pakte een week eerder, even ter vergelijk. Nu wordt in de media vaak gerekend met 60 pk verschil in vermogen als het tijdsverschil 0,5 seconde is op een rondje van 100 seconden. Dit wordt veelvuldig gebruikt als je niet beschikt over de data die de raceteams zelf hebben. Het houdt zaken ook lekker simpel voor een vergelijking. Dus 0,5 seconde langzamer op een rondje van 100 seconden betekent 60 pk minder vermogen. Let wel, dit zijn geen echte pk’s, omdat het hele pakket van auto, motor, coureur en afstellingen daarin feitelijk wordt meegenomen. Wijzelf noemen dit daarom graag virtuele pk’s. Het maakt het wel gemakkelijker zaken te vergelijken.

Laten we nu dan kijken naar de rondetijden in de kwalificatie, waar de auto’s de snelste tijden rijden en dus het beste laten zien waar ze toe in staat zijn. Voor de eerste vier coureurs, en daarmee gelijk voor Red Bull en Mercedes om beter te kunnen vergelijken, hebben we deze rondetijden en de verschillen in bovenstaande tabel bij elkaar gezet. De ronden zijn een stuk korter dan 100 seconden, en de referentie is natuurlijk Hamilton, die het snelst was. De omrekenfactor naar 100 seconden voor de verschillen wordt dan 100 / 67,934, wat ons een getal van 1,47 oplevert. Met andere woorden, de verschillen moeten nu omgerekend worden met behulp van deze factor. We weten dat 0,5 seconde verschil 60 pk betekent, dus we berekenen daarna hoeveel totaal verschil in pk dit betekent, door het tijdsverschil voor een 100 seconden rondje te delen door 0,5 seconde, en te vermenigvuldigen met 60 pk. Voor de mathematici onder ons: verschil in virtuele pk = ( (100 / snelste rondetijd) ^ verschil in rondetijd / 0,5 ) * 60 pk.

Dit lijken wel heel erg grote verschillen, maar laten we niet vergeten dat dit geen echte pk's zijn, maar virtuele die het hele pakket van rijder, auto, motor en afstellingen omvatten. Wat we hier zien is heel erg interessant. We weten ook dat Verstappen moeite had met zijn banden, die te warm werden, en we mogen daarbij eigenlijk wel aannemen dat hij daardoor waarschijnlijk minstens 0,2 seconden verloor. Om de zaken verder wat gelijk te trekken, kunnen we ervan uitgaan dat Pérez waarschijnlijk hetzelfde probleem ondervond, en dat Bottas ook geen optimaal rondje reed. We hebben daarom bij alle drie 0,2 seconde van het verschil in rondetijd afgetrokken, en deze berekeningen nogmaals gedaan. Dit kan en mag, omdat het feitelijk sowieso over inschattingen gaat, en niet over absolute waarden.

We kunnen hier echter tot de conclusie komen, zie de nieuwe tabel hierboven, dat de verse motor van Hamilton aanzienlijk meer levert dan 15 pk, namelijk zo’n 40 pk meer in vergelijking met Verstappen, maar ook dat op basis van deze gegevens de nieuwe Mercedesmotor wel heel erg slijt, minstens 20 pk zo niet veel meer per race-weekend, aangezien de motor van Bottas nu voor het tweede of derde weekend gebruikt wordt. Dat is erg veel, omdat de Honda-motor volgens Red Bull blijkbaar slechts zes of zeven pk verliest over zeven races. Er is ook nog een andere interpretatie mogelijk, namelijk het slimme achterwielophangingssysteem van de Mercedes. Hier komen we zo nog op terug.

We weten ook dat Mercedes een zeer grote achtervleugel gemonteerd had, namelijk een vleugel voor een bochtig, lagesnelheidscircuit zoals Monaco. Door de hoogte heb je in São Paolo wel een grotere vleugel nodig, maar niet zo extreem als in Mexico. Dat brengt ons op het achterwielophangingssysteem, waarvan we weten dat Mercedes dat voor het eerst goed wist te optimaliseren in Turkije. Bottas reed daar vooraan met een één wedstrijd oude motor, en had een overspeed op de rechte stukken van maar liefst 20 kilometer per uur op Verstappen op de tweede plek, en dat zonder DRS. We weten dat dat systeem niet werkte in Austin, Texas, vanwege de snelle bochten daar, en omdat het zo’n hobbelig circuit is. Het werkte ook niet optimaal, maar achteraf gezien misschien wel beter dan verwacht, in Mexico, omdat door de ijle lucht en de snelle bochten daar de downforce erg beperkt is.

Dit systeem werkt door middel van downforce. Het systeem wordt namelijk van tevoren afgesteld op een bepaalde druk die de downforce via de vleugel op de achteras uitoefent. Komt deze druk boven een bepaalde waarde, dan zorgt een door deze druk geactiveerde hefboom ervoor dat een derde veersysteem in de achterwielophanging de achteras van de Mercedes, en daarmee de auto, van achteren laat zakken. Dit op zijn beurt maakt dat de drag veroorzaakt door de vloer van de auto effectief naar nul gaat. Een groot voordeel dus.

Op zich is het circuit in São Paulo ook hobbelig, en heeft ook snelle bochten. Mercedes reed echter met een zeer grote vleugel, die zeer veel downforce veroorzaakt. Hierdoor verloor Hamilton al niet erg veel snelheid in de bochtige en langzame tweede sector, maar werd mogelijk het ophangingssysteem al getriggerd niet alleen op de rechte stukken, maar ook in de zeer snelle bochten. Eigenlijk is dat iets wat je niet wil hebben in bochten, die verminderde downforce, maar hier komt die enorme vleugel in het spel. De zeer grote vleugel zorgt dan voor de downforce die nodig is om goed door die bochten te komen, terwijl drag aan de onderkant van de auto heel snel nul wordt.

Downforce en snelheid hebben een lineaire relatie met elkaar, en omdat de drag aan de onderkant van de auto verdwijnt, is het netto resultaat waarschijnlijk vergelijkbaar met de drag die de auto zonder dit systeem met een normale vleugel zou hebben. De hoogte speelt hier ook mee, omdat in ijlere lucht de drag ook minder is, en dan heeft een grote vleugel natuurlijk ook minder nadeel. In ieder geval geeft dit een enorm verschil in snelheid en acceleratie. Met zo’n grote vleugel heeft de DRS daarnaast natuurlijk ook echt een enorm effect. Het lijkt erop dat de combinatie van het slimme achterwielophanging systeem en de enorme achtervleugel in Brazilië op het hoge circuit van São Paulo echt een zeer slimme zet was van Mercedes.

Is het verschil nu echt zo groot?

Er is nog een andere relatief simpele manier om een goede indicatie te krijgen van de (virtuele) pk's die een F1-bolide heeft, in ieder geval in relatieve zin. We kunnen ook kijken naar de gemeten topsnelheden en die verhoudingsgewijs omrekenen naar de pk's waarvan we verwachten dat topauto's die hebben. Gezien de ontwikkelingen van de afgelopen anderhalf jaar en de berichten die hier en daar in de media verschenen zijn, heeft Mercedes waarschijnlijk een topvermogen van rond de 1020 pk, exclusief de nieuwe winst van 15 pk. Dat maakt het vermogen van deze nieuwe motor dus ongeveer 1035 pk. Nu is de verhouding tussen snelheid en drag een kwadratische verhouding. Dat betekent ook dat bij verder gelijkblijvende omstandigheden en een gelijkblijvende auto de effectiviteit van meer pk's ook kwadratisch afneemt voor het bereiken van de topsnelheid.

Hiervan kunnen we gebruikmaken in een berekening om het vermogen van een auto en motor in te schatten op een alternatieve manier. Dit kan namelijk door de verhouding van de snelst gemeten topsnelheid te delen door de snelheid van de auto die we willen vergelijken, en daar de wortel van te nemen, het tegenovergestelde van kwadrateren. Dit geeft in principe de verhouding met betrekking tot het aantal pk's van de ene auto ten opzicht van de andere, en door vermenigvuldiging met het geschatte maximum voor de Mercedes-motor van Hamilton kunnen we dan ook de verschillen berekenen. Deze berekeningen zijn verwerkt in onderstaande tabel. Voor de mathematici onder ons, de eindberekening is: verschil in pk's = maximum pk's - (wortel (lagere topsnelheid / hoogste topsnelheid) * maximum pk's), waarbij de verhoudingsfactor dus de wortel is van de lagere topsnelheid gedeeld door hoogste topsnelheid. Het maximum aantal pk's wordt zoals hierboven aangegeven geschat op 1035 pk.

We zien een aantal interessante zaken in deze tabel, zeker als we deze vergelijken met de tweede tabel. Wat meteen opvalt is dat het verschil tussen Bottas en Hamilton in vermogen effectief nog steeds gelijk is. Daarmee lijkt dit een goede indicator te zijn. Bottas reed hier met een motor die hooguit drie races oud is. Dat wil zeggen dat Brazilië hooguit zijn derde race was met deze motor. Als je dan de extra 15 pk in overweging neemt die Hamilton er afgelopen weekend bij had, dan blijft er nog steeds een verschil staan van 40 pk, ofwel een schijnbaar verlies van maar liefst 20 pk per race. Kijken we naar Verstappen en Pérez, dan zien we dat ze ongeveer gelijk staan qua vermogen, en dat het verschil een stuk kleiner is dan de tweede tabel aangeeft. Dit is feitelijk een indicatie dat Red Bull inderdaad geen optimale afstelling voor elkaar heeft weten te boksen in het uur dat beschikbaar was hiervoor.

Met andere woorden, wat we uit deze technische analyse kunnen afleiden, is dat Red Bull er niet zo slecht voorstaat als leek na afloop van de race, maar dat de RB16B wel een moeilijk af te stellen bolide blijft. Verder lijkt Mercedes een probleem te hebben met motorslijtage, en mogelijk maar liefst 20 pk per race verliest met hun agressieve motormappings. Natuurlijk is het mogelijk dat ook andere zaken een rol spelen, maar momenteel lijkt het erop dat het snelheidsverschil feitelijk berust op een iets snellere motor bij Mercedes, in combinatie met een zeer slimme zet qua achterwielophanging, het gebruik van een zeer grote achtervleugel en motorslijtage, en het niet optimaal kunnen afstellen van Red Bull's RB16B. Dit betekent dat de volgende races, waar meer tijd is voor optimale afstellingen voor Red Bull, waar de Mercedes-motor weer aan meer slijtage onderhevig is, en grote vleugels geen optie lijken te zijn, de uitslagen weer volkomen open liggen. We kunnen weer een aantal spannende races tegemoet zien.