Het is tegenwoordig niet meer weg te denken uit de Formule 1: pitstops. Heden ten dage moeten de coureurs tijdens de race hun banden laten vervangen. Een tijdrovende klus, want terwijl de rest op volle snelheid voorbijraast, verliest de coureur in kwestie een hoop tijd in de pitstraat. Toch nemen de coureurs dit tijdsverlies voor lief.
Tot het begin van de jaren 80 waren pitstops in de race heel, heel zeldzaam. Coureurs kwamen hoogstens op bezoek vanwege een technisch probleem of een lekke band, maar dat was het ook wel. Dat veranderde in 1982, toen het team van Brabham uitvogelde dat het sneller was om halverwege de race bij te tanken en de banden te vervangen. De tijdsverliezen in de pits werden namelijk ruimschoots op de baan terugverdiend doordat ze met een lichtere auto de race konden aanvangen. Hoewel de innovatie niet direct tot succes leidde, waren pitstops in 1983 aan de orde van de dag. Prompt werd het bijtanken in de races voor 1984 verboden, maar dat betekende zeker niet het einde van de pitstop.
Deel 1: de situatie van 1984-1993
Vanaf 1984 mochten de coureurs bij de pitstops dus alleen nog maar hun banden laten vervangen. Hoewel de coureurs die een pitstop maakten niet meer het voordeel van een lichtere auto in het begin van de race hadden, bleek het voordeel van nieuwere banden aan het eind van de race groot genoeg om een tijdrovende bandenwissel te rechtvaardigen. Dit komt doordat de tijdsverliezen van zelfs een klein beetje bandenslijtage over een hele race enorm oplopen.
Het tijdsverlies door bandenslijtage kan inzichtelijk worden gemaakt door de analogie van een vallende bal. De bal wordt op grote hoogte losgelaten en ondervindt, om het makkelijk te houden, geen luchtweerstand. De versnelling is dan constant en ongeveer 10 meter per seconde², de snelheid is dan 10t meter per seconde (de primitieve van versnelling) en de afgelegde afstand is 5t² meter (de primitieve van snelheid), waarbij t de tijd in seconden is.* Hetzelfde principe gaat op voor bandenslijtage. Bij een constante bandenslijtage van 0,1 seconde per ronde² is het tijdsverlies per ronde (marginaal tijdsverlies) 0,1t seconde en het totale tijdsverlies 0,05t², waarbij t nu het aantal gereden ronden is. Door de slijtage op slijtage stapelen alle verloren tienden op tot een enorm tijdsverlies. In een race van 60 ronden is het totale tijdsverlies door bandenslijtage in dit voorbeeld niet minder dan 3 minuten.
Samenvattend:
Bandenslijtage b is mate waarin rondetijden oplopen in seconde/ronde²
Marginaal tijdsverlies bt is tijdsverlies door bandenslijtage in seconde/ronde op moment t
Totaal tijdsverlies ½bt² is het totale tijdsverlies door bandenslijtage in seconden op moment t
De volgende figuur geeft de speelruimte van de strategen schematisch weer:
De grafiek geeft het tijdsverlies per ronde weer in het geval dat een coureur zijn banden niet laat vervangen. Het tijdsverlies door de brandstoflast wordt aangegeven door de gestreepte driehoek en kan niet worden beïnvloed. In het begin van de race, als de wagen vol brandstof zit, is het tijdsverlies het grootst, en neemt daarna geleidelijk aan af. De bandenslijtage is met grijs aangegeven en geeft het totale effect op de rondetijden weer. In dit geval verbeteren de rondetijden gedurende de race langzaam doordat de bandenslijtage kleiner is dan het brandstofeffect. Het totale tijdsverlies in de race is gelijk aan de oppervlakte van de driehoeken. Het tijdsverlies door bandenslijtage kan echter worden verminderd door de banden in de race te vervangen en daarover gaat de rest van dit artikel. De volgende grafiek geeft het tijdsverlies van bandenslijtage weer gedurende de race.
De oppervlakte van de buitenste driehoek geeft het totale tijdsverlies door bandenslijtage in de race weer. De donkergrijze driehoeken geven het tijdsverlies weer wanneer de coureur halverwege de race zijn banden laat vervangen. De tijdswinst op de baan is het lichtgrijze parallellogram. Wanneer deze tijdswinst groter is dan het tijdsverlies van een pitstop, dan is het maken van een pitstop in theorie de beste tactiek.
Natuurlijk spelen er nog meer factoren mee, zoals de positie op de baan. Een coureur wil na zijn stop het liefst vrij baan hebben, zodat hij optimaal kan profiteren van zijn herwonnen snelheid op nieuwe banden. Dat is lang niet altijd het geval. Menig race is verloren gegaan doordat een coureur zich na zijn bandenwissel klemreed achter een tragere rivaal. Daarnaast brengen de inhaalpogingen risico’s en verdere tijdsverliezen met zich mee. Pitstops worden daarom in principe alleen gemaakt als de verwachte baten (tijdswinst op de baan) aanzienlijk groter zijn dan de kosten (tijdsverlies in de pits).
De kritische bandenslijtage, waarbij het maken van een pitstop sneller is dan de hele race op een set banden te blijven doorrijden, wordt bepaald door de volgende vergelijking:
Totaal tijdsverlies in de race =
½(n+1) bandenslijtage x (aantal ronden/(n+1))² + n x pitstoptijd,
waarbij n het aantal pitstops is.
De formule geldt voor het geval waarbij de coureur zijn pitstops optimaal over de race verdeelt. In dat geval is de kritische bandenslijtage gelijk aan 4 x pitstoptijd / aantal ronden².
Bij een pitstoptijd van een halve minuut en een raceafstand van 60 ronden is de kritische bandenslijtage slechts 0,033 seconden per ronde². In de praktijk was de bandenslijtage vaak hoger. Echter, wanneer de teams extra tijdsverliezen door verkeer incalculeren, is de kritische bandenslijtage hoger.
Toenemende bandenslijtage
Bandenslijtage hoeft niet altijd lineair te zijn. In de jaren 80 kwam het geregeld voor dat de banden lange tijd goed bleven, om dan ineens rap minder te worden. Dit betekende dat een coureur tegen het eind van de race ineens alsnog naar de pits moest om zijn totaal versleten banden te vervangen. De volgende grafiek illustreert hoe teams zich hierop kunnen verkijken:
In dit geval ligt de bandenslijtage aanvankelijk nog ruim onder de kritische bandenslijtage, maar gedurende de race neemt de slijtage toe. Op een gegeven moment is de bandenslijtage groter dan de kritische bandenslijtage en dus komt de coureur naar de pits. Dit kan wel ruim na het optimale pitstopmoment zijn, wat betekent dat de coureur veel tijd verliest omdat hij zijn pitstop niet goed heeft ingepland. Het alternatief, door blijven rijden op totaal versleten banden, is doorgaans nog veel slechter. Een getallenvoorbeeld:
Tijdsverlies per ronde door bandenslijtage = 0,03 ronde + 0,001 ronde²
De bandenslijtage (in seconde per ronde²) is de afgeleide hiervan (0,03 + 0,002 ronde), wat betekent dat de bandenslijtage aanvankelijk 0,03 seconden per ronde² is en toeneemt naar 0,15 seconden per ronde² aan het eind van de race van 60 ronden. Het totale tijdsverlies is de primitieve van het tijdsverlies per ronde: ½ 0,03 x ronde² + 1/3 0,001 x ronde³. Die derde macht zorgt er dus voor dat het tijdsverlies gedurende de race enorm oploopt:
De grafiek laat duidelijk zien dat de tijdsverliezen tot halverwege de race nog relatief gering zijn, maar daarna hard oplopen. Dit kan de coureur op het verkeerde been zetten, zodat hij zijn banden te laat in de race laat verwisselen, wat hem een hoop tijd kost. Niet stoppen is echter nog veel nadeliger. Een pitstop halverwege de race kost in dit voorbeeld 54 seconden op de baan, terwijl een race zonder pitstop 108 seconden extra op de baan kost. Een koppige coureur werkt zich dus steeds verder in de nesten, omdat hij uiteindelijk maar twee opties heeft: tot aan de finishvlag proberen iedereen achter zich te houden, of een pitstop maken en een hele trein auto’s voorbij zien razen.
In ieder geval werden bandenstrategieën vanaf ongeveer het begin van de jaren 90 steeds meer gebruikt om posities te winnen, bijvoorbeeld door eerder dan een rivaal nieuwe banden te halen (de zogenaamde undercut). De bandenwissels werden zodoende niet alleen een middel om eerder aan de finish te komen, maar ook om een rivaal op een relatief gemakkelijke manier te verslaan, iets wat nu nog steeds gebeurt.
Tot zover het eerste deel over de strategie in de Formule 1. In het volgende deel ga ik het hebben over de periode vanaf 1994.
* Meter/seconde² of seconden/ronde² is een overzichtelijke manier om meter/seconde/seconde of seconden/ronde/ronde uit te drukken.
