一级方程式赛车对决勒芒耐力赛:对比布雷博制动件和制动性能

2018/6/25

布雷博对比两大赛事参赛车队的制动设备及其制动性能

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自半个世纪以来,一级方程式赛车和勒芒24小时耐力赛都是四轮原型车最重要的两大竞技场。近年来,在制造商的大力投入下,这些赛车可以拥有高达1000马力的混合动力发动机。

 

由6个不同部件组成的动力单元使F1赛车拥有如此卓越的性能,它们分别是:6缸内燃机拥有1.6升容量和最高15,000转/分的转速;涡轮增压器;MGU-H(热能电机单元) MGU-K(动能电机单元) 控制电子部件;电池。 在勒芒24小时耐力赛中,制造商可以更自由地选择动力单元。有些制造商偏爱配备动能回收装置的2.4升双涡轮增压发动机,有些制造商青睐简单的4.5升吸气发动机(规定的上限为5.5升)。

 

在F1比赛中,减速非常剧烈,减速度数值通常大于5g(在蒙扎赛道上的减速度甚至达到6.7g);而在勒芒24小时耐力赛中,制动强度不超过3.5g,这是因为两款原型车的重量不同。

 

F1单座赛车的最小重量为733公斤 (包含车手在内),而勒芒24小时耐力赛LMP1组别赛车的最小重量为875公斤,另外加上摄像机或替换电源的3公斤重量。非混合动力型LMP1赛车的重量可以降低45公斤,达到833公斤。 ​

          

 

 

100分钟与24小时大相径庭​


F1一场比赛的时长一般为100分钟左右,不会超过2个小时,而勒芒24小时耐力赛的时长则是一整天。就此而言,我们选择两条在长度、曲度、地理位置和气候上相似的赛道进行比较示例:在比利时大奖赛的斯帕赛道上,F1单座赛车需要应对350次制动;在勒芒24小时耐力赛中,一辆LMP1赛车的制动次数超过4000次。对于布雷博而言,这是真正的考验,凭借在耐力赛领域的二十多年的经验,布雷博打造出先进解决方案。

 

两大赛事参赛车的唯一共同之处就是都使用碳来制造制动盘。但是,制动盘的特性大不相同,正如下表所示:

 

Fórmula1 ​24 horas de Le Mans​
​制动盘厚度​​​最大可达32毫米​​30毫米至32毫米​
前轮制动盘直径​​​278毫米​最大可达380毫米​​
后轮制动盘直径​​260毫米至272毫米​最大可达355毫米​​
通风孔数量​​​超过1400个​​36个至430个​​
使用范围​​350摄氏度至1000摄氏度​​350摄氏度至800摄氏度​​
每次比赛损耗​​​少于1毫米​​制动盘损耗3毫米至4毫米,制动片损耗8毫米至10毫米​​​​
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制动盘的不同直径与赛车所使用的轮毂大小有关:在F1比赛中,规定使用13英寸的轮毂,而在勒芒24小时耐力赛中,规定使用18英寸的轮毂。​ ​


 

两个极端的通风设计​​


在F1比赛中,通风是防止制动系统出现过热的关键要素。根据大奖赛中的温度和特定的比赛策略,每位车手可以选择3种不同的布雷博制动盘解决方案,分别是:900个通风孔、1200个通风孔、1400个通风孔的制动盘。

 

车队可以采用为其专门定制的散热设计,这对于提升散热效果至关重要。在制动过程中,F1制动盘的温度可达到1000°C。

 

LMP1赛车的通风效果没有如此强劲,因为在勒芒24小时耐力赛中,车队面临的问题正好与F1赛车的情况相反:LMP1赛车不是要冷却系统,而是要防止温度下降,特别是在夜间或一般行驶中,此时的温度往往过低。此处所示的F1赛车制动盘的通风孔数量是几年前的情况。

 

在勒芒24小时耐力赛中,需要防止碳制动盘温度降至350°C以下而导致摩擦材料“玻璃化”,因为这会造成制动效率下降并使制动盘过早出现损耗。为了避免这一风险,布雷博用于制动盘和制动片的摩擦材料具有更高效的导热性。 ​

 

 

 

不同的消耗,整合的控制​​


如同F1赛车一样,勒芒24小时耐力赛LMP1赛车也使用布雷博的碳制动片。当然,制动片的厚度更大,以确保24小时的性能。

 

在F1比赛中,制动片和制动盘的损耗不到1毫米,而勒芒耐力赛的原型车制动盘损耗3毫米至4毫米,制动片损耗8毫米至10毫米。

 

为了监控损耗情况,F1赛车配备传感器,让身处装备区的赛车工程师可以随时了解制动盘和制动卡钳的温度,并且在某些情况下,可以了解活塞的运行情况, 以此来计算制动盘和制动片的磨损情况。通过这种方式,车队可以在各种使用条件下做出反应,向车手发出实时通信,以修改制动平衡并管理赛车制动期间的能量回收。 ​

 
 

勒芒赛车所使用的布雷博制动盘除了配备传感器以外,还有不同深度的凹槽,在赛车进站加油以及更换车手时,赛车工程师可以对其状态进行快速评估。

 

如果其中一个凹槽不再清晰可见,这意味着制动盘的消耗量超过了凹槽的深度。显而易见,如果最后一个凹槽也已经消失,那么必须更换制动盘,因为它无法提供初始性能。​​​


 

​制动性能对比​​


由于这两类赛车不会同场竞技,因而无法比较它们的制动性能。为了克服这一困难,我们决定对比两大赛事中最困难的制动,计算平均减速度与制动时间和制动距离的关系。

 

当然,F1赛车和LMP1赛车 是完全不同的车型,它们在制动阶段的不同表现也不仅仅取决于制动件。不同的车辆配置、不同的空气下压力以及不同的轮胎尺寸和配方在决定制动性能方面也起着同样重要的作用。

 

虽然难免会有一些局限性,但是对比的结果十分有趣。 ​ ​

 

 

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LMP1:每秒的制动距离大约多出20米​


在勒芒耐力赛中的第1个减速弯道处(赛道5号弯道),LMP1赛车以335公里/小时的速度到达此处,进行3.21秒的制动,在此期间的行驶距离为195米。其速度降至110公里/小时,这是在此处过弯而不驶出赛道的最大速度。车手需要在制动踏板上施加高达100公斤的力量,并且要承受3.5g的减速度。

 

在蒙扎赛道上的帕拉波里卡弯道处(最后一个弯道),F1赛车的初始速度为314公里/小时,在短短1.22秒的时间内,经过72米的制动距离后,赛车速度降至205公里/小时。车手们需要施加的力非常大:他们在制动踏板上施加200公斤的力,减速度达到6.7g。

 

这意味着,F1赛车在一秒钟内降低的速度超过90公里/小时((314-205)/ 1.22),而LMP1原型车速度在一秒钟内降低的幅度为70公里/小时 ((335-110)/3.21)。

 

可能会有一些反对的声音:在蒙扎赛道上,为了达到速度的峰值,赛车使用的配置会造成数值激增。但是,在新加坡和摩纳哥这样曲折的赛道上,F1依然展现了令人难以置信的制动能力。

在新加坡滨海湾街区赛道的第一个弯道处,F1赛车的速度从295公里/小时降至135公里/小时,制动时间为1.98秒。这一意味着赛车在一秒钟内将速度降低了81公里/小时。在摩纳哥大奖赛隧道后的第一个弯道(10号弯道),赛车在2.03秒内将速度从286公里/小时降至94公里/小时。这一意味着赛车在一秒钟内将速度降低了95公里/小时。​​


Imaginamos que estas serán algunas de vuestras objeciones: en Monza, para alcanzar altos picos de velocidad, los coches utilizan una configuración muy ligera, lo que favorece el aumento de estos valores. No estáis del todo equivocados, pero incluso circuitos con trazados tortuosos como el de Singapur y Mónaco confirman el increíble poder de frenada de la Fórmula 1. ​



 

在每米的制动距离中,F1赛车的制动效率高出0.5公里/小时​


 


​让我们回到勒芒24小时耐力赛和意大利大奖赛的数据,就每米制动距离而言,F1赛车的制动能力远胜一筹。在勒芒耐力赛萨尔特赛道的第1个减速弯道处,每米制动距离对应速度下降1.15公里/小时,而在F1大奖赛蒙扎赛道的Variante del Rettifilo弯道处,每米制动距离对应速度下降1.7公里/小时。

 

两者看上去区别不大,但是如果用另一种方式来表达的话,区别就十分明显:在72米的制动距离中,F1赛车降低的速度超过105公里/小时,而在同样的距离中,LMP1原型车的速度则下降大约70公里/小时。在蒙扎赛道的两个弯道处(Rettifilo和Roggia),72米的制动距离使速度在此期间分别降低122公里/小时和118公里/小时。

 

即使在新加坡和摩纳哥赛道上,也能看出两者制动性能的差异:在新加坡滨海湾街区赛道的第一个弯道处,F1赛车的制动距离仅为81米,在摩纳哥隧道后的第一个弯道处,赛车的制动距离为115米。在第一个情况中,72米的制动距离使速度降低115公里/小时,在第二个情况中,速度降低幅度达到121公里/小时。 ​ ​​


 

总而言之,假设F1赛车和LMP1赛车进行对决,在最初的300公里至500公里的比赛路段中,F1赛车的表现更加出色。然而,不难想像的是,在24小时的比赛只进行八分之一的赛程时,F1的制动件已经会出现严重磨损。​​​


 
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