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

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,卻是在賽車運動里成功與失敗的關鍵之一,沒有可靠、高效的剎車制動力,必定無法成為最后的勝利者.

阿塞拜疆的巴庫街道賽道擁有F1賽歷上最長的直道路段,16號彎之后有長達2.2公里的道路可以全油門挺進,直道90度角的一號彎.根據意大利剎車系統供應商Brembo的統計,在一號彎剎車時,車手受到最大達到4.6G的作用力,而剎車踏板可以產生多達154千克的力,從超過300公里/小時降到大約120公里/小時僅需2秒.

今時今日,無論民用車還是賽車,都青睞盤式剎車.早在19世紀晚期,它就已經在英格蘭出現,但當時材料技術有限,制約了其發展.直到第二次世界大戰,這項技術在飛機和坦克上取得了突破.經過六十多年的演變,隨著材料技術日新月異,盤式剎車無論質量、耐久性、工藝都達到了極致,以適應不斷進化的賽車.

就拿這十年F1賽車的變化來說:V6渦輪增壓發動機取代了曾經的V10、V8自然吸氣,同時引進了深奧復雜的能量回收系統;更強調對輪胎的管理;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年達到728千克.這些改變給剎車工程師帶來更艱巨的任務,因為剎車的根本功能沒有變:讓賽車在極高速行駛中,比過去更快地、更安全地減速.

F1:要減速,更要提速

今年F1技術規則改革增加了賽車下壓力,同時輪胎加寬,隨著整體下壓力的增加,賽車速度提升4~5秒.如此一來,在同一條賽道上,車手會比過去更晚、更用力地剎車.

經過測算,本賽季F1賽車剎車時,制動扭矩增加大約25%,減速度可以超過6G.但是,包括剎車盤在內的整個剎車系統,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往就更容易出現.

以英國大獎賽中塞巴斯蒂安.維特爾防守瓦爾特利.博塔斯為例,德國人輪胎本就處于劣勢,以更晚的剎車來封鎖芬蘭人的進彎路線,雖然成功,但使得左前輪嚴重鎖死,并且磨出一塊平板,進一步損失抓地力,第二圈仍不免被對手超越.

再拿丹尼爾.里卡多在阿塞拜疆的勝利來說,固然有一定運氣成分,因為領先的劉易斯.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,在一號彎前出其不意地從賽道內側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校,順利地搶先通過一號彎,為獲勝埋下伏筆.

一次精準的進彎中,剎車過程分為三個階段:初試咬合;效率最大的情況下,中途調整;在入彎時最終控制.而從踩下剎車踏板前的超過300公里/小時,到抬起踏板時的80公里/小時,僅僅在一眨眼的時間內.

但是,F1賽車對賽道環境尤為敏感,加上車手輔助系統和ABS的禁止,同一個彎可能第二圈經過時剎車就需要做出調整,譬如:燃油減少后賽車重量的減輕、賽道溫度變化對輪胎抓地力的影響.極端情況下,車手可能每個彎角一邊承受著G力作用,一邊擺弄方向盤上的調節器.當前所有F1賽道中,蒙扎的一號彎剎車時可以產生高達5.8G的作用力;新加坡不光有23個彎需要對付,比賽通常耗時接近兩個小時.

由此可見,剎車不光是踩下踏板那么簡單,還需要車手擁有敏銳的判斷和超前的意識.作為圍場里客戶最多的剎車供應商,Brembo每場比賽都會派1~2名人員到現場,分析數據,為車隊和車手提供意見,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慣,供應商會根據收到的反饋,為他們對產品做出針對性的改進.

對剎車制造商來說,最完美的情況是車手在駕駛賽車時完全忘記剎車這個物理裝置的存在,因為那意味著他們能真正隨心所欲地減速.

與此同時,F1的剎車系統已經不只用來減速,空氣動力學也是一大重要考量,這也是為什么F1剎車盤通風口多的原因之一.

法拉利在2000至2004年統治F1時期,設計大師羅里.拜恩發掘出盤式剎車在空氣動力學方面的潛能,因為剎車盤可以作為渦輪生成器,制造出超過300公里/小時的氣流.如果把車輪比做風扇,想象一下,它所產生的氣流通過1400多個通風孔是怎樣(2010年時只有300個)的情形,而如果能將從剎車碟流出的氣流導向合適的位置,無疑有助于優化賽車性能.

所以,為了爭取到哪怕千分之一秒,賽車設計師會用盡他們的智慧,去開發賽車上的每一部分.一旦上了賽道,在激烈的爭奪中,剎車系統只要有一點失靈,丟了成績是小,發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,因為剎車系統無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小時也屬于汽車運動象牙塔尖的四輪賽事,制造商們爭相競逐.原因是沒有比這更理想的技術革新試驗田,只要研發通過在24小時比賽環境的考驗,便能運用于民用車上.

今年參加勒芒的60輛賽車中,58輛使用了至少一樣Brembo的產品:剎車盤、剎車片、卡鉗等.該意大利品牌參加F1已經有40多年,與法拉利有著深厚的淵源,同時在過去28屆賽事里,25次幫助參賽車隊摘下全場桂冠.

LMP1混合動力賽車是勒芒全場速度最快的,它同F1賽車可以并稱汽車運動中技術最為復雜的兩種賽車,而且功率都逼近1000馬力,要保證安全、高效地制動,既需要非常大的力,又是對可靠性的嚴格考驗.它們所用的剎車系統有相似之處,又各有針對性.

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(因為F1輪轂為13英寸,而LMP1輪轂為18英寸)和通風孔的數量(F1超過1400個,LMP1不多于430個).內在的F1剎車盤工作溫度區間更高;至于磨損程度,F1剎車盤在2個小時不到的比賽后小于1毫米,而LMP1賽車的剎車盤如果跑完24小時也只有3~4毫米.

相比之下,LMP1賽車對剎車溫度的要求與F1恰恰相反:不是一味地降低溫度,反而要防止剎車過冷,尤其是比賽進入半夜或者在通過慢速通行區時,剎車盤的溫度必須不低于350攝氏度.否則,剎車盤溫度過低、摩擦材料變光滑,不僅可能降低剎車的效率,也可能導致剎車盤過早嚴重損耗.

今年的比賽結果,又一次證明在勒芒每一秒都不可以浪費.如果需要更換剎車系統的任何部件,顯然是要浪費大量時間.

為了防止意外情況發生,剎車盤和剎車片的摩擦材料需要非常非常低的磨損率,同時需要非常高效的導熱性,從而保證剎車系統及時預熱后進入工作狀態;必須在壓力和溫度方面有非常廣的窗口區間;另外摩擦反應必須是線性的,這樣才能全面滿足車手調整剎車的需要.

由于規則要求,GTE賽車只能用鑄鐵材料的制動表面和鋁制外殼,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,這種材料對熱應力非常敏感,所以對鐵剎車盤最大的威脅,是在直道上和重剎車區域,剎車盤溫度持續升高、降下之后所形成的裂紋.

總而言之,勒芒對剎車盤的要求就是耐久性高,而這同時就需要卡鉗也得到相應的改進: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,因為它用整塊熔融的合金加工而成,有效保證了硬度,同時鋁鋰合金的采用保證了輕量化.

別看勒芒的Circuit de la Sarthe賽道長達13.629公里--接近F1最長賽道斯帕德兩倍,但每圈只有11次剎車,整場比賽LMP1賽車只有15%的時間是在剎車,約等于3小時15分鐘.形象一點說,LMP1賽車跑完24小時,其剎車系統工作的總時間相當于一輛F1賽車12場大獎賽剎車系統的總工作時長.而GTE Pro組賽車,剎車占用超過4小時.

事實上,如今無論F1還是勒芒LMP1,賽車剎車系統遠比"剎車"這個詞精妙百倍,因為連接了能量回收系統,所以哪怕最細微的偏差,都可能導致大問題,進而決定了比賽的勝負.