Formula E vs Formula 1 brakes. Times change, contexts change, but Brembo continues to take on new technological challenges. In the early 1970s, Alberto Bombassei (son of Emilio, founder of Brembo) was not much more than 30 years old when he approached Piero Ferrari, asking to meet his father. This was how it came to be that Enzo Ferrari entrusted him with supplying brake discs, in cast iron at the time, for the Scuderia Ferrari.
In the years that followed, Ferrari also assigned brake caliper production to Brembo, which was the entire braking system in the Formula 1 single-seaters. With the contribution of the brilliant innovations introduced from the nineteen-eighties, from monobloc to radial-mounted calipers, over the years, more and more Formula 1 teams have chosen Brembo for their braking systems.
THE NEW CHALLENGE
Brembo has always been committed to researching innovative solutions for motorsports, and the latest challenge the Company is facing involves the Formula E championship. This competition serves as a very valuable mobile laboratory for the development of technology applied to electronics, which is the primary challenge for the future – if not the present – of the automotive industry.
Brembo’s entry into Formula E coincides with the advent of the second generation (Gen2) single-seaters, which are a lot more powerful and performing than the Gen1 cars. Brembo has decided to accept this challenge even though it finds itself in a completely untested context since this is the first time the Company is on the track dealing with electric vehicles that make extensive use of regenerative braking.
FORMULA 1 VS FORMULA E: TONS OF DIFFERENCES IN CONSTRUCTION!
As everyone knows, the braking performance of each vehicle is affected by the mass of the vehicle itself, the tires used, and the way the brakes are used during a track session (practice or the race), obviously in addition to the characteristics of the braking system. For these reasons, Formula 1 and Formula E are much more different than they might seem at first glance.
It’s one thing to brake a Formula 1 single-seater with a minimum weight of 733 kg (1,616 lbs) driver included, and another to brake a Formula E car that weighs up to 900 kg (1,984 lbs). This 167 kg (368 lbs) difference is almost completely due to the Formula E battery, which is 43% of the overall mass. That is significant when you consider that a heavier car requires more braking energy to achieve the same performance in overtaking.
Braking is also influenced by the tire contact patch, which affects the ability to discharge braking torque to the ground. Despite having 18-inch rims instead of the 13-inch Formula 1 rims, Formula E cars have narrower tires; they are 260 mm wide in the front and 305 mm in the rear, compared to 370-385 mm in the front and 455-470 mm in the rear of the Formula 1 cars.
HOW SPEED INFLUENCES THE DURATION OF THE GP RACES
The difference in the duration of the races is also important. The Formula E cars race 45 minutes plus one lap while the Formula 1 single-seaters drive at least 300 km (186 miles). This translates into the Formula 1 cars being obligated to race anywhere from a minimum of 1 hour 16 minutes (race record set by Lewis Hamilton in Monza in 2018) up to a maximum of 2 hours, the establish time according to regulations.
Since the energy to be absorbed in braking is actually kinetic energy, vehicle speed at specific points on the track is a fundamental element in determining the size of the brakes. From this standpoint, Formula 1 dominates Formula E because its maximum speed is more than 360 km/h (224 mph), while the electric single-seaters only get up to 280 km/h (174 mph).
REDUCED THICKNESS WORKS FOR FORMULA E
Since its cars are so different from Formula 1 vehicles, Formula E asked for a custom braking system. Formula E cars have less braking force and spend less time braking in general since the races do not last as long, so there is less wear of the friction material (discs and pads).
This explains the reduced thickness of the Formula E carbon discs and pads. In the front the discs are 24 mm thick and the pads are 18 mm thick, while in the rear the discs are 20 mm thick and the pads are 16 mm thick. The Formula 1 measurements are decidedly higher: In the front the discs are 32 mm thick and the pads are 22 mm thick, while in the rear the discs range from 28 to 32 mm thick and the pads are 17 mm thick.
EARLY STAGES FOR VENTILATION IN FORMULA E
The thicker Formula 1 discs provide more space for the ventilation holes, which count about 1,400 holes on each 2.5 mm disc. Plus, the advanced research Brembo conducts on the aerodynamics of these cars enables the Company to customize the cooling design and satisfy the requests of each customer.
On the Formula E cars, on the other hand, there are about 70 ventilation holes on the front discs and 90 on the rear. The front discs are 6.2 mm in diameter and the rear discs are 4.2 mm. These same measurements were found on the Formula 1 discs up until 2007, which leads us to believe that within a decade, the number of holes on the Formula E discs will most likely be multiplied to coincide with a reduction in their size.
COST CONTAINMENT FOR FORMULA E SYSTEMS
To return the discs to the right operating temperature in a matter of seconds, each Formula 1 team uses Brembo brake discs that have a variable number of holes and a geometry that correspond to the specific circuit configuration and ambient temperature. In Formula E, on the other hand, in keeping with the principles of containing costs and maximizing performance uniformity, the brake discs are the same for the entire championship and for all the single-seaters.
This concept is applied to all the braking system components including the discs, pads, calipers (only one type for the front and one for the rear), bushing mounted housing, and the tandem master cylinder. In addition, this tandem master cylinder feeds both the front and the rear systems, forcing fixed braking distribution.
SIMILARITIES BETWEEN FORMULA 1 AND FORMULA E BRAKES
Don’t be misled by the word ‘carbon’: The carbon used in Formula E was selected based on the needs of an entirely electric vehicle and is much different than the carbon used in Formula 1. Although both are monobloc billet, the brake calipers are different too: The 6-piston caliper used in Formula 1 is made of nickel-plated aluminum and the 4-piston caliper used in Formula E is made of oxidized aluminum alloy.
On the other hand, the material of the brake pads (carbon) and the diameter of the front discs (278 mm) in both championships is the same. Also, the maintenance schedules are similar for the calipers, which are periodically sent back to Brembo Racing where every component is disassembled, cleaned and checked. They are inspected about every 2,500 km (1,552 miles), the perfect amount of time to ensure they are operating correctly.
Le differenze dei freni della Formula 1 rispetto alla Formula E
Cambiano le epoche, cambiano i contesti, ma Brembo continua a cimentarsi in nuove sfide tecnologiche. Nei primi anni 70, un Alberto Bombassei (figlio di Emilio, fondatore di Brembo) poco più che trentenne avvicinò Piero Ferrari per chiedergli un incontro con il padre. Fu così che Enzo Ferrari gli affidò la fornitura dei dischi freno, ai tempi in ghisa, per la Scuderia Ferrari.
Negli anni successivi Ferrari assegnò a Brembo anche la produzione delle pinze freno e, quindi, dell’intero sistema frenante per le monoposto di Formula 1. Complici le brillanti innovazioni introdotte a partire dagli anni Ottanta, dalle pinze monoblocco a quelle ad attacco radiale, negli anni sempre più team di Formula 1 hanno deciso di scegliere Brembo per i propri impianti frenanti.
LA NUOVA SFIDA
La nuova prova per Brembo, da sempre impegnata nella ricerca di soluzioni innovative attraverso il motorsport, è costituita dal campionato di Formula E: questa competizione rappresenta un prezioso laboratorio mobile per lo sviluppo della tecnologia applicata all’elettrico, la vera sfida per il futuro – se non già per il presente – del settore automotive.
L’ingresso di Brembo in Formula E, come fornitore unico di Spark Racing Technology, corrisponde all’avvento delle monoposto di seconda generazione (Gen2), molto più potenti e performanti di quelle della Gen1. Una sfida in più per Brembo che si trova ad affrontare uno scenario completamente inedito non avendo mai avuto a che fare in precedenza in pista con vetture elettriche che fanno ampio uso del recupero di energia in frenata.
FORMULA 1 VS FORMULA E: CHE DIFFERENZE COSTRUTTIVE!
Come è noto, le prestazioni in frenata di ciascun veicolo sono condizionate dalla massa del veicolo stesso, dagli pneumatici impiegati e dall’utilizzo che viene fatto dei freni durante una sessione (di prova o gara) in pista, oltre che naturalmente dalle caratteristiche dell’impianto frenante. Per queste ragioni, Formula 1 e Formula E sono più lontane di quanto appaiono a prima vista.
Un conto è frenare una monoposto di Formula 1 che vanta un peso minimo pilota incluso di 733 kg, più il carburante, un altro è frenare una Formula E che raggiunge i 900 kg. Un aggravio imputabile quasi completamente alla batteria delle Formula E che incide per il 43% della massa. Non pochi considerando che un’auto più pesante richiede un’energia frenante maggiore per raggiungere le stesse prestazioni in staccata.
La frenata è condizionata anche dall’impronta a terra degli pneumatici che incide sulla capacità di scaricare a terra la coppia frenante. Nonostante abbiano cerchi da 18 pollici, a fronte dei 13 pollici delle Formula 1, le Formula E presentano gomme più strette: 260 mm di larghezza all’anteriore e 305 mm al posteriore, a fronte dei 370-385 mm davanti e dei 455-470 mm dietro delle Formula 1.
L’INCIDENZA DI VELOCITÀ E DURATA DEI GP
Non va trascurata neppure la differenza di lunghezza delle gare: per le Formula E si corre 45 minuti più un giro, mentre le Formula 1 devono percorrere almeno 300 km. Il che equivale a dire che queste ultime sono impegnate da un minimo di un’ora e 16 minuti (il record di gara fatto registrare nel 2018 a Monza da Lewis Hamilton) fino ad un massimo di 2 ore, tempo limite stabilito da regolamento.
Poiché l’energia da smaltire in frenata è di fatto l’energia cinetica, la velocità della vettura raggiunta nei vari punti del tracciato è un elemento fondamentale nel dimensionamento del freno. Da questo punto di vista la Formula1 sovrasta la Formula E perché la sua velocità massima supera i 360Km/h mentre le monoposto elettriche arrivano a soli 280Km/h.
ALLA FORMULA E BASTANO SPESSORI RIDOTTI
In ragione di tutte queste differenze con la Formula 1, le auto di Formula E hanno richiesto un impianto frenante ad hoc. La loro minor potenza frenante e il minor tempo speso in frenata (discendente da una lunghezza delle gare inferiore) comportano un minor consumo del materiale di attrito, ossia dei dischi e delle pastiglie.
Ciò spiega il ridotto spessore dei dischi e delle pastiglie in carbonio della Formula E: per i dischi 24 mm all’anteriore e 20 mm al posteriore, per le pastiglie 18 mm all’anteriore e 16 mm al posteriore. Decisamente più alti i valori della Formula 1: 32 mm di spessore per i dischi anteriori, dai 28 ai 32 mm per i dischi posteriori, 22 mm per le pastiglie anteriori e fino a 17 mm per le pastiglie posteriori.
VENTILAZIONE AGLI ALBORI PER LA FORMULA E
Il maggior spessore dei dischi della Formula 1 permette di avere più spazio per i fori di ventilazione, nell’ordine delle 1.400 unità per ciascun disco, con diametri da 2,5 mm. La ricerca aerodinamica spinta di queste auto, inoltre, fa sì che Brembo realizzi per ciascun team un disegno di raffreddamento personalizzato, così da soddisfare meglio le richieste di ciascun cliente.
Sulle Formula E, invece, i fori di ventilazione sono circa 70 sui dischi anteriori e 90 sui dischi posteriori: i primi hanno un diametro di 6,2 mm, i secondi di 4,2 mm. Questi valori contraddistinguevano i dischi di Formula 1 fino al 2007 e pertanto è ipotizzabile pensare che nei prossimi due lustri anche le Formula E vedranno moltiplicarne il numero, in coincidenza della loro miniaturizzazione.
COSTI CONTENUTI PER L’IMPIANTO DELLA FORMULA E
Per ripristinare la temperatura corretta in pochi secondi, ciascun team di Formula 1 impiega dischi freno Brembo con numero di fori e geometria variabili a seconda della conformazione del circuito e delle temperature ambientali. In Formula E, invece, per il principio del contenimento dei costi e della massima uniformità di prestazioni, i dischi freno sono i medesimi per l’intero campionato e per tutte le monoposto.
Questo principio trova applicazione per tutte le componenti dell’impianto frenante, dai dischi alle pastiglie, passando per le pinze (un solo esemplare per l’anteriore e uno per il posteriore), la campana con fissaggio a bussoline e la pompa tandem monostadio: quest’ultima infatti alimenta sia l’impianto anteriore sia quello posteriore, imponendo una ripartizione fissa della frenata.
LE SIMILITUDINI NEI FRENI DI FORMULA 1 E FORMULA E
Il termine carbonio non deve ingannare: quello in uso in Formula E è stato deliberato in funzione delle esigenze di una vettura completamente elettrica e quindi si distingue da quello impiegato in Formula 1. Pur essendo entrambe monoblocco ricavate dal pieno, anche le pinze freno sono diverse: quella di Formula 1 è in alluminio nichelata con 6 pistoni, quella di Formula E è in lega d’alluminio ossidata con 4 pistoni.
Identico è il materiale delle pastiglie (carbonio) così come il diametro dei dischi anteriori delle due categorie (278 mm). Simili sono anche gli intervalli di manutenzione delle pinze che periodicamente vengono rispedite a Brembo Racing dove sono smontate, pulite e controllate in ogni componente: la revisione avviene circa ogni 2.500 km, termine ideale per verificarne il funzionamento.
