刹车是为了让赛车跑得更快

文/Frankie MAO 图:Grand Prix Photo(部分)

刹车是为了让赛车跑得更快

文/Frankie MAO 图:Grand Prix Photo(部分)

"刹车是为了让赛车跑得更快",这听上去很拗口,却是在赛车运动里成功与失败的关键之一,没有可靠、高效的刹车制动力,必定无法成为最后的胜利者.

阿塞拜疆的巴库街道赛道拥有F1赛历上最长的直道路段,16号弯之后有长达2.2公里的道路可以全油门挺进,直道90度角的一号弯.根据意大利刹车系统供应商Brembo的统计,在一号弯刹车时,车手受到最大达到4.6G的作用力,而刹车踏板可以产生多达154千克的力,从超过300公里/小时降到大约120公里/小时仅需2秒.

今时今日,无论民用车还是赛车,都青睐盘式刹车.早在19世纪晚期,它就已经在英格兰出现,但当时材料技术有限,制约了其发展.直到第二次世界大战,这项技术在飞机和坦克上取得了突破.经过六十多年的演变,随着材料技术日新月异,盘式刹车无论质量、耐久性、工艺都达到了极致,以适应不断进化的赛车.

就拿这十年F1赛车的变化来说:V6涡轮增压发动机取代了曾经的V10、V8自然吸气,同时引进了深奥复杂的能量回收系统;更强调对轮胎的管理;比赛取消了赛中加油;2007年赛车总重量(包含车手)最低605千克,2017年达到728千克.这些改变给刹车工程师带来更艰巨的任务,因为刹车的根本功能没有变:让赛车在极高速行驶中,比过去更快地、更安全地减速.

F1:要减速,更要提速

今年F1技术规则改革增加了赛车下压力,同时轮胎加宽,随着整体下压力的增加,赛车速度提升4~5秒.如此一来,在同一条赛道上,车手会比过去更晚、更用力地刹车.

经过测算,本赛季F1赛车刹车时,制动扭矩增加大约25%,减速度可以超过6G.但是,包括刹车盘在内的整个刹车系统,都需要在合适的温度下才能正常工作.基于种种原因,轮胎锁死的情况比过往就更容易出现.

以英国大奖赛中塞巴斯蒂安.维特尔防守瓦尔特利.博塔斯为例,德国人轮胎本就处于劣势,以更晚的刹车来封锁芬兰人的进弯路线,虽然成功,但使得左前轮严重锁死,并且磨出一块平板,进一步损失抓地力,第二圈仍不免被对手超越.

再拿丹尼尔.里卡多在阿塞拜疆的胜利来说,固然有一定运气成分,因为领先的刘易斯.汉密尔顿和维特尔都遭遇意外情况.但是,澳大利亚人在最后一次暂停后的重新起跑时,在一号弯前出其不意地从赛道内侧以晚刹车的方式连超三车,利用红牛赛车良好的平衡性和刹车调校,顺利地抢先通过一号弯,为获胜埋下伏笔.

一次精准的进弯中,刹车过程分为三个阶段:初试咬合;效率最大的情况下,中途调整;在入弯时最终控制.而从踩下刹车踏板前的超过300公里/小时,到抬起踏板时的80公里/小时,仅仅在一眨眼的时间内.

但是,F1赛车对赛道环境尤为敏感,加上车手辅助系统和ABS的禁止,同一个弯可能第二圈经过时刹车就需要做出调整,譬如:燃油减少后赛车重量的减轻、赛道温度变化对轮胎抓地力的影响.极端情况下,车手可能每个弯角一边承受着G力作用,一边摆弄方向盘上的调节器.当前所有F1赛道中,蒙扎的一号弯刹车时可以产生高达5.8G的作用力;新加坡不光有23个弯需要对付,比赛通常耗时接近两个小时.

由此可见,刹车不光是踩下踏板那么简单,还需要车手拥有敏锐的判断和超前的意识.作为围场里客户最多的刹车供应商,Brembo每场比赛都会派1~2名人员到现场,分析数据,为车队和车手提供意见,尤其是指出可能存在的问题.由于每位车手都有自己的刹车习惯,供应商会根据收到的反馈,为他们对产品做出针对性的改进.

对刹车制造商来说,最完美的情况是车手在驾驶赛车时完全忘记刹车这个物理装置的存在,因为那意味着他们能真正随心所欲地减速.

与此同时,F1的刹车系统已经不只用来减速,空气动力学也是一大重要考量,这也是为什么F1刹车盘通风口多的原因之一.

法拉利在2000至2004年统治F1时期,设计大师罗里.拜恩发掘出盘式刹车在空气动力学方面的潜能,因为刹车盘可以作为涡轮生成器,制造出超过300公里/小时的气流.如果把车轮比做风扇,想象一下,它所产生的气流通过1400多个通风孔是怎样(2010年时只有300个)的情形,而如果能将从刹车碟流出的气流导向合适的位置,无疑有助于优化赛车性能.

所以,为了争取到哪怕千分之一秒,赛车设计师会用尽他们的智慧,去开发赛车上的每一部分.一旦上了赛道,在激烈的争夺中,刹车系统只要有一点失灵,丢了成绩是小,发生事故让车手生命受到威胁才是根本.2016年世界冠军尼科.罗斯伯格最明白何为"因小失大",2014和2016赛季他两次在最后三圈,因为刹车系统无法正常工作而把胜利拱手相让.

勒芒:没有最极端,只有更极端

勒芒24小时也属于汽车运动象牙塔尖的四轮赛事,制造商们争相竞逐.原因是没有比这更理想的技术革新试验田,只要研发通过在24小时比赛环境的考验,便能运用于民用车上.

今年参加勒芒的60辆赛车中,58辆使用了至少一样Brembo的产品:刹车盘、刹车片、卡钳等.该意大利品牌参加F1已经有40多年,与法拉利有着深厚的渊源,同时在过去28届赛事里,25次帮助参赛车队摘下全场桂冠.

LMP1混合动力赛车是勒芒全场速度最快的,它同F1赛车可以并称汽车运动中技术最为复杂的两种赛车,而且功率都逼近1000马力,要保证安全、高效地制动,既需要非常大的力,又是对可靠性的严格考验.它们所用的刹车系统有相似之处,又各有针对性.

F1刹车盘和LMP1刹车盘使用的都是碳材料,最大厚度都为32毫米,外观上最大的不同在于最大直径(因为F1轮毂为13英寸,而LMP1轮毂为18英寸)和通风孔的数量(F1超过1400个,LMP1不多于430个).内在的F1刹车盘工作温度区间更高;至于磨损程度,F1刹车盘在2个小时不到的比赛后小于1毫米,而LMP1赛车的刹车盘如果跑完24小时也只有3~4毫米.

相比之下,LMP1赛车对刹车温度的要求与F1恰恰相反:不是一味地降低温度,反而要防止刹车过冷,尤其是比赛进入半夜或者在通过慢速通行区时,刹车盘的温度必须不低于350摄氏度.否则,刹车盘温度过低、摩擦材料变光滑,不仅可能降低刹车的效率,也可能导致刹车盘过早严重损耗.

今年的比赛结果,又一次证明在勒芒每一秒都不可以浪费.如果需要更换刹车系统的任何部件,显然是要浪费大量时间.

为了防止意外情况发生,刹车盘和刹车片的摩擦材料需要非常非常低的磨损率,同时需要非常高效的导热性,从而保证刹车系统及时预热后进入工作状态;必须在压力和温度方面有非常广的窗口区间;另外摩擦反应必须是线性的,这样才能全面满足车手调整刹车的需要.

由于规则要求,GTE赛车只能用铸铁材料的制动表面和铝制外壳,但是不需要最低工作温度,可以在很低的温度下立即起效.但是,这种材料对热应力非常敏感,所以对铁刹车盘最大的威胁,是在直道上和重刹车区域,刹车盘温度持续升高、降下之后所形成的裂纹.

总而言之,勒芒对刹车盘的要求就是耐久性高,而这同时就需要卡钳也得到相应的改进:重量最轻、硬度最大、不失可靠性.2006年,单体卡钳的启用成为最大突破,因为它用整块熔融的合金加工而成,有效保证了硬度,同时铝锂合金的采用保证了轻量化.

别看勒芒的Circuit de la Sarthe赛道长达13.629公里--接近F1最长赛道斯帕德两倍,但每圈只有11次刹车,整场比赛LMP1赛车只有15%的时间是在刹车,约等于3小时15分钟.形象一点说,LMP1赛车跑完24小时,其刹车系统工作的总时间相当于一辆F1赛车12场大奖赛刹车系统的总工作时长.而GTE Pro组赛车,刹车占用超过4小时.

事实上,如今无论F1还是勒芒LMP1,赛车刹车系统远比"刹车"这个词精妙百倍,因为连接了能量回收系统,所以哪怕最细微的偏差,都可能导致大问题,进而决定了比赛的胜负.