Ferrari SF90 Stradale – 1000 CV Hybrid (0-100 in 2.5 sec)

Ferrari SF90 Stradale è la nuova supercar di serie del cavallino, la Ferrari più prestazionale di sempre. Ferrari inaugura una nuova era nella sua storia introducendo nella propria gamma la prima vettura ibrida PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) di serie, la SF90 Stradale.

La nuova Ferrari SF90 Stradale è una vettura estrema in ogni sua parte e rappresenta una svolta epocale perché offre livelli di prestazioni finora mai visti su una vettura di serie. 1000cv di potenza massima, un rapporto peso/potenza di 1.57 kg/cv e 390 kg di carico aerodinamico a 250 km/h: sono questi i numeri che non solo portano la SF90 Stradale al vertice della categoria ma che, per la prima volta nella storia della Ferrari, permettono ad una vettura equipaggiata con motore V8 di porsi al vertice della gamma.

Il nome stesso raccoglie il vero significato di quanto è stato ottenuto a livello di prestazioni – il richiamo alla celebrazione dei 90 anni della Scuderia Ferrari sottolinea lo stretto legame che è sempre esistito tra il mondo delle corse e le vetture stradali. La SF90 Stradale, espressione più avanzata della tecnologia sviluppata a Maranello, è la dimostrazione di come le conoscenze acquisite attraverso le competizioni trovino immediata applicazione su di una vettura Ferrari di produzione.

La SF90 Stradale è dotata di un motore endotermico turbo a V di 90° in grado di erogare 780 cv, la potenza più alta mai raggiunta da un 8 cilindri nella storia della Ferrari. I restanti 220 cv sono forniti da ben tre motori elettrici, uno al posteriore, che deriva dall’applicazione in Formula 1 e per questo ne eredita il nome MGUK (Motor Generator Unit, Kinetic), collocato tra il motore endotermico e il cambio doppia frizione a 8 rapporti di nuova generazione, e due sull’assale anteriore. La complessità di un tale sistema non si traduce in complicazione per il pilota, che anzi non deve fare altro che selezionare una tra quattro modalità di utilizzo della power unit e concentrarsi sulla guida: al resto ci pensa una sofisticata logica di controllo che supervisiona la gestione dei flussi di energia tra motore endotermico, motori elettrici e batterie.

La SF90 Stradale è anche la prima sportiva Ferrari ad essere dotata di trazione integrale, uno step necessario per sfruttare appieno l’incredibile potenza messa a disposizione dal moto-propulsore ibrido e per diventare il nuovo riferimento per la partenza da fermo: 0-100km/h in 2.5 sec, 0-200km/h in appena 6.7 secondi.

I tecnici Ferrari hanno potuto ampliare ulteriormente lo spettro dei controlli dinamici tramite l’assale elettrico anteriore, denominato RAC-e (Regolatore Assetto Curva Elettrico). Oltre a svolgere la funzione di propulsione esclusiva in marcia elettrica, i due motori elettrici anteriori controllano indipendentemente la coppia erogata alle due ruote, completando ed estendendo il concetto del Torque Vectoring. Integrato nei controlli dinamici di veicolo, il RAC-e gestisce la coppia istante per istante permettendo così al pilota di raggiungere il limite con maggiore semplicità e sicurezza.

L’introduzione dell’architettura ibrida ha rappresentato una sfida anche dal punto di vista della gestione dei pesi ed è stato svolto un grande lavoro di ottimizzazione ed alleggerimento del veicolo. Per raggiungere nuovi limiti termini di peso complessivo, rigidità e baricentro, il telaio e scocca della SF90 Stradale sono completamente nuovi sfruttando la tecnologia multi-materiale, impiegando ad esempio la fibra di carbonio.

Lo sviluppo di una vettura ibrida come la SF90 Stradale ha comportato la ricerca di una serie di soluzioni aerodinamiche innovative. Se da un lato il notevole incremento di prestazioni della power unit ha portato con sé un aumento della potenza termica da smaltire, spingendo il team di sviluppo ad una profonda rivisitazione dei flussi aerodinamici sulle masse radianti, dall’altro ha comportato la necessità di studiare soluzioni nuove per incrementare il carico deportante in modo efficiente e garantire la massima stabilità ad ogni velocità e condizione di guida.

POWERTRAIN

La SF90 Stradale rappresenta una prima assoluta in termini di powertrain: per la prima volta su una Ferrari di gamma, infatti, viene proposta un’architettura ibrida di tipo PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) in cui il motore endotermico viene integrato a ben tre motori elettrici, due indipendenti sull’assale anteriore ed uno al posteriore tra motore e cambio.

Lavorando in sinergia, motore endotermico e motori elettrici permettono di raggiungere l’incredibile potenza di 1000 cv e consentono alla SF90 Stradale di posizionarsi come nuovo riferimento in termini di prestazioni e contenuti innovativi, sia rispetto all’attuale gamma Ferrari, sia rispetto ai concorrenti.

MOTORE ENDOTERMICO

Grazie ai suoi 780cv, il motore V8 turbo che equipaggia la SF90 Stradale sposta ancora una volta più in alto il limite prestazionale raggiungibile da questa architettura. Il punto di partenza è il motore della famiglia F154 che è appena stato nominato, per il quarto anno consecutivo, International Engine of the Year, un risultato mai raggiunto prima da nessun altro propulsore. Insieme alla potenza massima specifica di 195 cv/l, il più alto in assoluto nel segmento, l’unità vanta anche una coppia massima di 800 Nm a 6000 giri/min.

Per ottenere questo straordinario risultato, i tecnici Ferrari sono intervenuti su più aree del motore, cominciando con un incremento di cilindrata da 3902 cc a 3990 cc grazie all’alesaggio portato ora a 88 mm. L’impianto di aspirazione e scarico è stato completamente riprogettato con una nuova testata di larghezza ridotta con l’iniettore posizionato centralmente e l’adozione, per la prima volta sul V8 Ferrari, del GDI a 350 bar.

Per migliorare la fluidodinamica interna, oltre all’impiego della valvola d’aspirazione di diametro maggiorato, il layout assume ora una configurazione in cui tutti i condotti sono pressoché allineati in orizzontale all’altezza delle teste motore: il gruppo turbocompressore è stato abbassato, mentre la linea di scarico è stata portata più in alto, come testimoniano i terminali nella parte alta del paraurti. I turbo adesso sono equipaggiati con valvola wastegate a controllo elettrico per migliorare il riscaldamento dei catalizzatori e nuove volute compressore.

Gli effetti della riprogettazione non sono solo di natura fluidodinamica: la razionalizzazione del layout ha portato sia ad un abbassamento del baricentro, grazie anche all’adozione di un nuovo volano di diametro più piccolo, sia alla riduzione del peso complessivo in funzione dell’impiego di Inconel al posto dell’acciaio per il condotto di scarico. Nella riprogettazione dell’impianto di scarico, grande attenzione è stata posta all’aspetto del sound che risulta ancora più pieno e ricco di armoniche in tutto il range di frequenze.

CAMBIO

Il cambio doppia frizione a 8 rapporti è stato completamente riprogettato, con architettura a doppia frizione a bagno d’olio. L’introduzione di un nuovo rapporto di velocità e il miglioramento dell’efficienza di trasmissione, è stata interpretata senza compromessi di performance ottenendo un miglioramento di 1% dell’efficienza anche nell’utilizzo in pista. Il tutto senza dimenticare i consumi, diminuiti in utilizzo urbano e autostradale dell’8% nel ciclo WLTP.

L’ottimizzazione del layout, ottenuta grazie all’adozione di un carter secco e al significativo compattamento del gruppo frizione, dove il diametro esterno è stato diminuito del 20% rispetto all’attuale cambio, ha permesso di ridurre la quota di installazione in vettura di 15 mm con relativo abbassamento del baricentro della meccanica.

Seppur con l’aggiunta di un ottavo rapporto e l’incremento della coppia massima a 900 Nm, superiore del 20% rispetto all’attuale cambio 7 marce, il peso totale è stato ridotto di 7 kg che diventano 10 kg eliminando i ruotismi della retromarcia, la cui funzione è stata delegata ai motori elettrici anteriori della SF90 Stradale.

La nuova frizione migliora le prestazioni del 35%, arrivando a trasmettere coppie dinamiche in cambiata fino a 1200 Nm. Grazie all’idraulica di attuazione di nuova generazione si ha una riduzione dei tempi di riempimento frizione del 30%. I tempi totali di cambiata sono così ridotti a 200 ms contro i 300 ms della 488 Pista.

MOTORI ELETTRICI

La SF90 Stradale è equipaggiata con tre motori elettrici per un totale di 220 cv (162 kW): uno posto tra il motore endotermico e il cambio, e due sull’assale anteriore. Una batteria con tecnologia Li-ion ad alte prestazioni alimenta i tre motori e garantisce un’autonomia di 25km in modalità eDrive, completamente elettrica, usando il solo assale anteriore. Con il motore endotermico spento, i due motori indipendenti anteriori permettono alla vettura di raggiungere una massima velocità di 135 km/h, con un’accelerazione longitudinale massima di ≤0,4 g. Anche la retromarcia è attiva solo in eDrive, così permettendo alla vettura di essere manovrata a bassa velocità senza l’impiego del motore termico. I motori anteriori sono integrati nella strategia di launch control per le massime prestazioni in accelerazioni.

I tecnici Ferrari hanno optato per posizionare il pacco batterie immediatamente dietro i sedili, al di sopra della panchetta telaio, anziché seguire il classico schema con batterie annegate nel pianale; questa scelta nasce dall’esigenza di trovare l’accoppiamento migliore con il motore V8, riducendo la lunghezza del passo, a vantaggio dell’agilità e dell’efficienza in termini di peso, limitando al massimo l’impatto sul baricentro.

Lavorando in sinergia, motore endotermico e motori elettrici permettono di raggiungere l’incredibile potenza di 1000 cv e permettono alla SF90 Stradale di posizionarsi all’apice della gamma in termini di prestazioni. La logica di controllo permette di gestire in maniera ottimale i flussi di potenza privilegiando l’efficienza o le prestazioni a seconda del profilo di utilizzo selezionato dal pilota.

Agendo su un apposito selettore posto sul volante e denominato eManettino (in analogia con il Manettino per la gestione dei controlli di guida e tuttora presente) il pilota può selezionare quattro diverse modalità di gestione della power unit:

eDrive: il motore endotermico resta spento e la trazione è affidata al solo assale anteriore elettrico; partendo da batteria completamente carica, è possibile percorrere fino a 25km in questa modalità. Questo profilo è adatto alla marcia nei centri città, o in qualsiasi situazione in cui il ruggito del V8 Ferrari possa rappresentare un problema;

Hybrid: è la modalità standard di funzionamento, in cui i flussi di potenza sono gestiti in modo tale da ottimizzare l’efficienza complessiva del sistema; la logica di controllo decide autonomamente se tenere acceso o spento il motore endotermico; se acceso, il motore endotermico è in grado di lavorare alla massima potenza, così da garantire prestazioni elevate qualora richieste dal pilota;

Performance: a differenza della Hybrid, questa modalità forza il motore endotermico a rimanere sempre acceso e privilegia il mantenimento della carica della batteria rispetto all’efficienza, così da garantire piena disponibilità di potenza non appena richiesta. E’ la modalità da preferire in tutte le situazioni in cui si vuole privilegiare il divertimento di guida;

Qualify: questa modalità permette il raggiungimento della massima potenza del sistema, in quanto anche ai motori elettrici viene consentito di lavorare alla loro massima potenzialità (162kW); la logica di controllo privilegia l’ottenimento delle massime prestazioni dando priorità inferiore al mantenimento della carica della batteria.

DINAMICA VEICOLO

L’eccezionale lavoro svolto per incrementare la potenza della power unit sarebbe stato vano senza un adeguato studio dinamico e lo sviluppo di una serie di soluzioni che potessero consentire alla SF90 Stradale un effettivo miglioramento prestazionale in termini di tempo sul giro, garantendo al tempo stesso piena fruibilità e divertimento di guida a qualsiasi tipologia di pilota.

La nuova architettura ibrida ha richiesto un lungo lavoro di integrazione tra le numerose logiche di controllo presenti in vettura. Le tre aree sono: i controlli del sistema elettrico ad alto voltaggio (batteria, RAC-e, MGUK, inverter), il controllo del motore e cambio e il controllo della dinamica veicolo (trazione, frenata, Torque Vectoring).

Queste logiche sono state racchiuse in un nuovo sistema di controllo veicolo denominato eSSC (electric Side Slip Control). Le principali novità presenti nell’eSSC sono riassumibili nelle tre innovative strategie di regolazione e distribuzione dinamica della coppia motrice sulle quattro ruote:

– Electronic Traction Control (eTC): permette di gestire e ottimizzare la disponibilità di coppia traente – termica ed elettrica – distribuendola sulle singole ruote in funzione delle condizioni di guida e dell’impegno in aderenza delle stesse

– Controllo brake-by-wire con ABS/EBD: permette di ripartire la coppia frenante tra impianto idraulico e motori elettrici (brake torque blending), consentendo il recupero rigenerativo in frenata senza compromettere – e anzi, migliorando – la performance e feeling di frenata

– Torque Vectoring: disponibile sull’asse anteriore per gestire la trazione elettrica sulla ruota esterna ed interna alla curva, in modo da massimizzare la trazione in uscita e supportare la facilità di guida prestazionale.

Dinamica Longitudinale: Grazie all’introduzione dell’assale elettrico RAC-e (Regolatore Assetto Curve elettrico) e al controllo di trazione sulle quattro ruote, eTC (Electronic Traction Control), è ora possibile sfruttare l’aderenza aggiuntiva offerta dalle ruote anteriori nelle fasi di accelerazione. La maggiore aderenza complessiva, unita alla miglior caratteristica di erogazione dei motori elettrici ai bassi regimi, consente alla SF90 Stradale di ottenere un significativo incremento prestazionale in termini accelerazione longitudinale e di diventare nuovo riferimento assoluto in termini di partenza da fermo.

Anche alle alte velocità e con marce lunghe, il contributo combinato delle macchine elettriche in condizioni di massima trazione aiuta a ridurre i tempi di risposta del motore endotermico, migliorando notevolmente l’accelerazione longitudinale e quindi la prestazione.

Il nuovo sistema brake by wire gestisce il recupero di energia cinetica mediante i motori elettrici effettuando un blending gestito elettronicamente tra frenatura idraulica e frenatura elettrica che risulta del tutto trasparente per il pilota. In condizioni di frenata normale la priorità è data al recupero di energia tramite i motori elettrici; l’impianto frenante idraulico interviene a supporto di quello elettrico in tutte le condizioni di decelerazione elevata.

Dinamica Laterale: La logica di controllo eSSC supervisiona anche la distribuzione di coppia tra le ruote anteriori tramite il dispositivo RAC-e e la logica di controllo elettronico che deriva dal concetto del Torque Vectoring, variandola tra ruota interna ed esterna alla curva in funzione delle condizioni dinamiche di percorrenza, al fine di massimizzare la prestazione e migliorare la facilità di guida prestazionale.

TELAIO

Sebbene i 270 kg aggiuntivi necessari ad introdurre il sistema ibrido nella vettura siano ampiamente compensati dalla potenza erogata (220 cv, con un rapporto peso/potenza del solo sistema pari 1.23 kg/cv), è stato necessario uno sviluppo approfondito per contenere il peso complessivo a 1570 kg e garantire così un rapporto peso/potenza da primato, pari a 1.57 kg/cv.

Il telaio è stato completamente riprogettato con un approccio multi-materiale e multi-tecnologia, soprattutto per sostenere le più elevate sollecitazioni più elevati derivanti dalla nuova power unit e l’introduzione della trazione integrale. Grazie all’impiego di tecnologie innovative, quali le fusioni cave in sostituzione alle tradizionali fusioni nervate, e di nuovi contenuti, quali la paratia tra cabina e motore completamente in carbonio e due nuove leghe d’alluminio, incluso una della serie 7000 per lamierati alto resistenziali, il telaio della SF90 Stradale ha incrementato i livelli di rigidezza flessionale del 20% e torsionale del 40% rispetto alle precedenti piattaforme senza penalizzare il peso, a tutto vantaggio delle doti dinamiche della vettura. Sono state migliorate anche le caratteristiche di NVH (noise, vibration, harshness) grazie all’impiego di una nuova lega di alluminio per il pianale che si chiama ‘quiet aluminium’.

AERODINAMICA

La sfida più grande nel progetto aerodinamico della SF90 Stradale è stata quella di ottenere delle performance aerodinamiche mai raggiunte prima – né da Ferrari né dai competitor – in termini di carico verticale ed efficienza, garantendo allo stesso tempo che tutti i sotto-sistemi della nuova power unit – dal motore endotermico, ai motori elettrici, alla batteria, agli inverter – potessero funzionare sempre nelle migliori condizioni possibili.

La consueta stretta collaborazione del reparto aerodinamica con il Design Ferrari ha consentito la realizzazione dei valori di carico ed efficienza mai visti su altre vetture del segmento. Questi sono stati ottenuti con soluzioni innovative nel puro spirito Ferrari, astenendosi cioè dalla implementazione di soluzioni semplici ma poco integrate, e ricercando nella scultura delle forme la migliore espressione della sportività.

I risultati ottenuti in termini prestazionali sono impressionanti: con 390 kg di carico deportante generato a 250 km/h, la SF90 Stradale è un benchmark assoluto in termini di valori di downforce ed efficienza tra le vetture stradali ad alte prestazioni.

Termica: L’intelligente gestione dei flussi di raffreddamento è il primo passo nella definizione di un layout vincente di vettura, per garantire in ogni condizione la fruibilità dei 1000 cv di potenza installata in modo efficiente e senza compromettere in nessun modo i coefficienti aerodinamici di penetrazione e carico verticale. Le necessità di raffreddamento riguardano il motore endotermico, il cambio, l’aria turbocompressa, il pacco batterie insieme ai motori elettrici, gli inverter e i sistemi di ricarica e, ovviamente, l’impianto frenante. Grande attenzione è stata posta nella progettazione del vano motore, in cui trovano posto sia consueti sistemi endotermici che sviluppano temperature prossime ai 900°C, sia componenti elettroniche con specifiche molto stringenti sulle temperature ammesse.

Il liquido di raffreddamento del motore termico e del cambio (circuito ad alta temperatura) viene raffreddata dai due radiatori posizionati davanti alle ruote anteriori; il flusso di aria calda in uscita da questi radiatori viene indirizzato nelle zone laterali del fondo anziché lungo le fiancate, consentendo così al flusso di aria lungo le fiancate di arrivare a più bassa temperatura all’ingresso delle prese d’aria poste davanti alle ruote posteriori, e aumentando così l’efficienza dei radiatori intercooler.

Le macchine elettriche e gli inverter sono raffreddati da un circuito separato, il cui radiatore è posto anteriormente ed è alimentato da una presa posta centralmente sul paraurti anteriore.

Il circuito di raffreddamento dell’impianto frenante, infine, è stato completamente rivisto per rispondere ai più elevati requisiti legati all’incremento di prestazioni; per l’anteriore, in stretta collaborazione con Brembo, è stata sviluppata una nuova pinza freno che trova la sua prima applicazione stradale sulla SF90 Stradale. La pinza ha un’appendice aerodinamica integrata in grado di distribuire in modo efficiente su pastiglie e disco il flusso ad elevato contenuto energetico proveniente da una presa d’aria dedicata posta sul paraurti anteriore, immediatamente al di sotto del faro; i freni posteriori sono ventilati tramite il flusso proveniente da due prese d’aria poste sul sottoscocca in prossimità delle ruote posteriori.

Aerodinamica Posteriore: A livello di progettazione dei volumi, il cofano motore della SF90 Stradale è stato tenuto estremamente basso al fine di migliorare l’interazione tra i flussi sovra e sotto-scocca e minimizzare così la resistenza all’avanzamento.

La parte terminale del cofano motore è completata da un elemento sospeso composto da due elementi: uno fisso che incorpora il terzo stop, e uno mobile dalla forma a cuneo nella parte anteriore, lo shut-off Gurney. Così è stato battezzato questo sistema coperto da brevetto, che rappresenta il contenuto maggiormente innovativo dedicato alla gestione dei carichi della vettura.

In condizione di riposo, ossia in utilizzo urbano o alla massima velocità, i due elementi sono allineati, sospesi sopra il cofano motore, e il cuneo mobile costituisce una perfetta carenatura aerodinamica per l’elemento fisso, lasciando che l’aria fluisca sopra e sotto lo shut-off gurney, reso pressoché invisibile al flusso.

In condizioni di alto carico – ad esempio nella percorrenza di una curva, in frenata, o in un brusco cambio di direzione – l’elemento mobile si abbassa, movimentato da una coppia di attuatori elettrici, fino a chiudere la soffiatura inferiore e lasciare scoperto l’elemento fisso, che genera una nuova geometria di coda caratterizzata da un’ampia superficie di carico sormontata da un potente nolder.

Il sistema è controllato da una sofisticata logica di controllo che verifica centinaia di volte al secondo parametri quali velocità, accelerazioni (laterali e longitudinali) e input pilota in modo da stabilire la miglior configurazione da utilizzare.

Aerodinamica anteriore: Il carico posteriore è bilanciato nella parte anteriore della vettura da un complesso e ottimizzato sistema di generatori di vortici. Sebbene non sia una prima assoluta sulle vetture sport Ferrari, il contributo di questa soluzione è stato spinto al massimo sulla SF90 Stradale: il telaio anteriore è sollevato di 15mm rispetto al piano del telaio centrale in corrispondenza dei generatori di vortici e consente una maggiore portata d’aria verso tali dispositivi, potenziandone l’effetto.

Anche i due diffusori posti davanti alle ruote anteriori e la forma del cofano, il cui gradino nella parte anteriore genera una compressione locale del flusso, contribuiscono alla generazione di carico verticale in corrispondenza dell’assale anteriore.

Cerchi in lega forgiati con geometria blown

Uno studio aerodinamico specifico è stato dedicato alla geometria dei cerchi forgiati, la cui tecnologia costruttiva concede maggiori libertà nella ricerca di soluzioni aerodinamiche. La particolare geometria del cerchio presenta sul canale esterno degli elementi radialmente equi-spaziati tra le razze e modellati come profili alari.

La particolare geometria di tali profili consente al cerchione di funzionare come l’elica di una girante, gestendo al meglio i flussi che provengono dall’interno del vano ruota e garantendo due effetti principali:

– aumentare la rimozione di aria dal vano ruota, creando un effetto estrattivo di cui beneficia anche il flusso che passa attraverso i diffusori anteriori, generando così un extra carico verticale all’anteriore;

– allineare il flusso in uscita dal cerchione al flusso longitudinale che scorre sulle fiancate, riducendo le deviazioni date dalla portata d’aria uscente in direzione trasversale al moto, e in definitiva diminuendo il Cx della vettura.