文/Frankie MAO 圖:Grand Prix Photo(部分)

剎車是為了讓賽車跑得更快

文/Frankie MAO 圖:Grand Prix Photo(部分)

"剎車是為了讓賽車跑得更快",這聽上去很拗口,卻是在賽車運(yùn)動(dòng)里成功與失敗的關(guān)鍵之一,沒有可靠、高效的剎車制動(dòng)力,必定無(wú)法成為最后的勝利者.

阿塞拜疆的巴庫(kù)街道賽道擁有F1賽歷上最長(zhǎng)的直道路段,16號(hào)彎之后有長(zhǎng)達(dá)2.2公里的道路可以全油門挺進(jìn),直道90度角的一號(hào)彎.根據(jù)意大利剎車系統(tǒng)供應(yīng)商Brembo的統(tǒng)計(jì),在一號(hào)彎剎車時(shí),車手受到最大達(dá)到4.6G的作用力,而剎車踏板可以產(chǎn)生多達(dá)154千克的力,從超過(guò)300公里/小時(shí)降到大約120公里/小時(shí)僅需2秒.

今時(shí)今日,無(wú)論民用車還是賽車,都青睞盤式剎車.早在19世紀(jì)晚期,它就已經(jīng)在英格蘭出現(xiàn),但當(dāng)時(shí)材料技術(shù)有限,制約了其發(fā)展.直到第二次世界大戰(zhàn),這項(xiàng)技術(shù)在飛機(jī)和坦克上取得了突破.經(jīng)過(guò)六十多年的演變,隨著材料技術(shù)日新月異,盤式剎車無(wú)論質(zhì)量、耐久性、工藝都達(dá)到了極致,以適應(yīng)不斷進(jìn)化的賽車.

就拿這十年F1賽車的變化來(lái)說(shuō):V6渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)取代了曾經(jīng)的V10、V8自然吸氣,同時(shí)引進(jìn)了深?yuàn)W復(fù)雜的能量回收系統(tǒng);更強(qiáng)調(diào)對(duì)輪胎的管理;比賽取消了賽中加油;2007年賽車總重量(包含車手)最低605千克,2017年達(dá)到728千克.這些改變給剎車工程師帶來(lái)更艱巨的任務(wù),因?yàn)閯x車的根本功能沒有變:讓賽車在極高速行駛中,比過(guò)去更快地、更安全地減速.

F1:要減速,更要提速

今年F1技術(shù)規(guī)則改革增加了賽車下壓力,同時(shí)輪胎加寬,隨著整體下壓力的增加,賽車速度提升4~5秒.如此一來(lái),在同一條賽道上,車手會(huì)比過(guò)去更晚、更用力地剎車.

經(jīng)過(guò)測(cè)算,本賽季F1賽車剎車時(shí),制動(dòng)扭矩增加大約25%,減速度可以超過(guò)6G.但是,包括剎車盤在內(nèi)的整個(gè)剎車系統(tǒng),都需要在合適的溫度下才能正常工作.基于種種原因,輪胎鎖死的情況比過(guò)往就更容易出現(xiàn).

以英國(guó)大獎(jiǎng)賽中塞巴斯蒂安.維特爾防守瓦爾特利.博塔斯為例,德國(guó)人輪胎本就處于劣勢(shì),以更晚的剎車來(lái)封鎖芬蘭人的進(jìn)彎路線,雖然成功,但使得左前輪嚴(yán)重鎖死,并且磨出一塊平板,進(jìn)一步損失抓地力,第二圈仍不免被對(duì)手超越.

再拿丹尼爾.里卡多在阿塞拜疆的勝利來(lái)說(shuō),固然有一定運(yùn)氣成分,因?yàn)轭I(lǐng)先的劉易斯.漢密爾頓和維特爾都遭遇意外情況.但是,澳大利亞人在最后一次暫停后的重新起跑時(shí),在一號(hào)彎前出其不意地從賽道內(nèi)側(cè)以晚剎車的方式連超三車,利用紅牛賽車良好的平衡性和剎車調(diào)校,順利地?fù)屜韧ㄟ^(guò)一號(hào)彎,為獲勝埋下伏筆.

一次精準(zhǔn)的進(jìn)彎中,剎車過(guò)程分為三個(gè)階段:初試咬合;效率最大的情況下,中途調(diào)整;在入彎時(shí)最終控制.而從踩下剎車踏板前的超過(guò)300公里/小時(shí),到抬起踏板時(shí)的80公里/小時(shí),僅僅在一眨眼的時(shí)間內(nèi).

但是,F1賽車對(duì)賽道環(huán)境尤為敏感,加上車手輔助系統(tǒng)和ABS的禁止,同一個(gè)彎可能第二圈經(jīng)過(guò)時(shí)剎車就需要做出調(diào)整,譬如:燃油減少后賽車重量的減輕、賽道溫度變化對(duì)輪胎抓地力的影響.極端情況下,車手可能每個(gè)彎角一邊承受著G力作用,一邊擺弄方向盤上的調(diào)節(jié)器.當(dāng)前所有F1賽道中,蒙扎的一號(hào)彎剎車時(shí)可以產(chǎn)生高達(dá)5.8G的作用力;新加坡不光有23個(gè)彎需要對(duì)付,比賽通常耗時(shí)接近兩個(gè)小時(shí).

由此可見,剎車不光是踩下踏板那么簡(jiǎn)單,還需要車手擁有敏銳的判斷和超前的意識(shí).作為圍場(chǎng)里客戶最多的剎車供應(yīng)商,Brembo每場(chǎng)比賽都會(huì)派1~2名人員到現(xiàn)場(chǎng),分析數(shù)據(jù),為車隊(duì)和車手提供意見,尤其是指出可能存在的問題.由于每位車手都有自己的剎車習(xí)慣,供應(yīng)商會(huì)根據(jù)收到的反饋,為他們對(duì)產(chǎn)品做出針對(duì)性的改進(jìn).

對(duì)剎車制造商來(lái)說(shuō),最完美的情況是車手在駕駛賽車時(shí)完全忘記剎車這個(gè)物理裝置的存在,因?yàn)槟且馕吨麄兡苷嬲S心所欲地減速.

與此同時(shí),F1的剎車系統(tǒng)已經(jīng)不只用來(lái)減速,空氣動(dòng)力學(xué)也是一大重要考量,這也是為什么F1剎車盤通風(fēng)口多的原因之一.

法拉利在2000至2004年統(tǒng)治F1時(shí)期,設(shè)計(jì)大師羅里.拜恩發(fā)掘出盤式剎車在空氣動(dòng)力學(xué)方面的潛能,因?yàn)閯x車盤可以作為渦輪生成器,制造出超過(guò)300公里/小時(shí)的氣流.如果把車輪比做風(fēng)扇,想象一下,它所產(chǎn)生的氣流通過(guò)1400多個(gè)通風(fēng)孔是怎樣(2010年時(shí)只有300個(gè))的情形,而如果能將從剎車碟流出的氣流導(dǎo)向合適的位置,無(wú)疑有助于優(yōu)化賽車性能.

所以,為了爭(zhēng)取到哪怕千分之一秒,賽車設(shè)計(jì)師會(huì)用盡他們的智慧,去開發(fā)賽車上的每一部分.一旦上了賽道,在激烈的爭(zhēng)奪中,剎車系統(tǒng)只要有一點(diǎn)失靈,丟了成績(jī)是小,發(fā)生事故讓車手生命受到威脅才是根本.2016年世界冠軍尼科.羅斯伯格最明白何為"因小失大",2014和2016賽季他兩次在最后三圈,因?yàn)閯x車系統(tǒng)無(wú)法正常工作而把勝利拱手相讓.

勒芒:沒有最極端,只有更極端

勒芒24小時(shí)也屬于汽車運(yùn)動(dòng)象牙塔尖的四輪賽事,制造商們爭(zhēng)相競(jìng)逐.原因是沒有比這更理想的技術(shù)革新試驗(yàn)田,只要研發(fā)通過(guò)在24小時(shí)比賽環(huán)境的考驗(yàn),便能運(yùn)用于民用車上.

今年參加勒芒的60輛賽車中,58輛使用了至少一樣Brembo的產(chǎn)品:剎車盤、剎車片、卡鉗等.該意大利品牌參加F1已經(jīng)有40多年,與法拉利有著深厚的淵源,同時(shí)在過(guò)去28屆賽事里,25次幫助參賽車隊(duì)摘下全場(chǎng)桂冠.

LMP1混合動(dòng)力賽車是勒芒全場(chǎng)速度最快的,它同F(xiàn)1賽車可以并稱汽車運(yùn)動(dòng)中技術(shù)最為復(fù)雜的兩種賽車,而且功率都逼近1000馬力,要保證安全、高效地制動(dòng),既需要非常大的力,又是對(duì)可靠性的嚴(yán)格考驗(yàn).它們所用的剎車系統(tǒng)有相似之處,又各有針對(duì)性.

F1剎車盤和LMP1剎車盤使用的都是碳材料,最大厚度都為32毫米,外觀上最大的不同在于最大直徑(因?yàn)镕1輪轂為13英寸,而LMP1輪轂為18英寸)和通風(fēng)孔的數(shù)量(F1超過(guò)1400個(gè),LMP1不多于430個(gè)).內(nèi)在的F1剎車盤工作溫度區(qū)間更高;至于磨損程度,F1剎車盤在2個(gè)小時(shí)不到的比賽后小于1毫米,而LMP1賽車的剎車盤如果跑完24小時(shí)也只有3~4毫米.

相比之下,LMP1賽車對(duì)剎車溫度的要求與F1恰恰相反:不是一味地降低溫度,反而要防止剎車過(guò)冷,尤其是比賽進(jìn)入半夜或者在通過(guò)慢速通行區(qū)時(shí),剎車盤的溫度必須不低于350攝氏度.否則,剎車盤溫度過(guò)低、摩擦材料變光滑,不僅可能降低剎車的效率,也可能導(dǎo)致剎車盤過(guò)早嚴(yán)重?fù)p耗.

今年的比賽結(jié)果,又一次證明在勒芒每一秒都不可以浪費(fèi).如果需要更換剎車系統(tǒng)的任何部件,顯然是要浪費(fèi)大量時(shí)間.

為了防止意外情況發(fā)生,剎車盤和剎車片的摩擦材料需要非常非常低的磨損率,同時(shí)需要非常高效的導(dǎo)熱性,從而保證剎車系統(tǒng)及時(shí)預(yù)熱后進(jìn)入工作狀態(tài);必須在壓力和溫度方面有非常廣的窗口區(qū)間;另外摩擦反應(yīng)必須是線性的,這樣才能全面滿足車手調(diào)整剎車的需要.

由于規(guī)則要求,GTE賽車只能用鑄鐵材料的制動(dòng)表面和鋁制外殼,但是不需要最低工作溫度,可以在很低的溫度下立即起效.但是,這種材料對(duì)熱應(yīng)力非常敏感,所以對(duì)鐵剎車盤最大的威脅,是在直道上和重剎車區(qū)域,剎車盤溫度持續(xù)升高、降下之后所形成的裂紋.

總而言之,勒芒對(duì)剎車盤的要求就是耐久性高,而這同時(shí)就需要卡鉗也得到相應(yīng)的改進(jìn):重量最輕、硬度最大、不失可靠性.2006年,單體卡鉗的啟用成為最大突破,因?yàn)樗谜麎K熔融的合金加工而成,有效保證了硬度,同時(shí)鋁鋰合金的采用保證了輕量化.

別看勒芒的Circuit de la Sarthe賽道長(zhǎng)達(dá)13.629公里--接近F1最長(zhǎng)賽道斯帕德兩倍,但每圈只有11次剎車,整場(chǎng)比賽LMP1賽車只有15%的時(shí)間是在剎車,約等于3小時(shí)15分鐘.形象一點(diǎn)說(shuō),LMP1賽車跑完24小時(shí),其剎車系統(tǒng)工作的總時(shí)間相當(dāng)于一輛F1賽車12場(chǎng)大獎(jiǎng)賽剎車系統(tǒng)的總工作時(shí)長(zhǎng).而GTE Pro組賽車,剎車占用超過(guò)4小時(shí).

事實(shí)上,如今無(wú)論F1還是勒芒LMP1,賽車剎車系統(tǒng)遠(yuǎn)比"剎車"這個(gè)詞精妙百倍,因?yàn)檫B接了能量回收系統(tǒng),所以哪怕最細(xì)微的偏差,都可能導(dǎo)致大問題,進(jìn)而決定了比賽的勝負(fù).