2009年F1赛车与2019年F1赛车:制动件对比

2019/9/27

 10年前布朗GP车队与布雷博制动件的传奇故事

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在近年的F1比赛中,似乎缺少惊喜:除了梅赛德斯车队连续获胜以外,就是法拉利车队和红牛车队零星几次的胜利。然而,10年前的情况截然不同:一支曾面临解散的车队被一英镑的价格收购,然后更名为布朗GP车队并一举拿下世界车手冠军和世界制造商冠军。​

当时的F1赛车不同今日,无论是发动机的特性,还是轮胎,都与现在的情况大相径庭;当时赛车使用的是2.4升V8自然吸气发动机,最高转速为18,000转/分钟,轮胎则是普利司通;不仅如此,当时比赛没有能耗的限制,每位车手可使用的发动机的数量也更多(在整个赛季的17站大奖赛中,一共可使用8台发动机)。​

布雷博为大多数车队提供的制动部件也迥然不同:法拉利车队自1975年以来就一直使用布雷博制动设备,此外,红牛车队、丰田车队、红牛二队、宝马索伯车队、布朗GP车队也是布雷博产品的拥护者。​

诚然,自80年代以来,布雷博不仅为最负盛名的车队提供制动系统,还为预算有限但仍然希望在比赛中保证最佳制动性能的车队提供制动设备。这也是罗斯·布朗(Ross Brawn)从本田接手车队时所做出的选择,确定了BGP001应具备的特性。​​

罗斯·布朗认识到布雷博制动件在F1赛事15年间的制动表现和可靠性,布雷博的合作车队包括贝纳通车队(1991年-1996年)和法拉利车队(1997年-2006年):贝纳通车队在此间拿下2个世界车手冠军和1个世界制造商冠军。法拉利车队则赢得5个世界车手冠军和6个世界制造商冠军。​


 

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本田车队在2007年末也使用布雷博制动件,但仅凭这一点还不足以保证赛车在比赛中夺冠。对于本田车队而言,2008年可谓运势不佳,他们在18场大奖赛中仅获得一个领奖台席位,仅在4场比赛中获得积分,在赛季结束时仅以14分排在倒数第三位,只领先于Force India车队和Super Aguri车队。​

2009年,罗斯·布朗彻底革新了赛车设计的技术方案,引入双层扩散器以确保出色的下压力。 得益于这个解决方案,布朗GP车队在2009年底大获全胜,这是布雷博与车队合作拿下的第19个世界制造商冠军;简森·巴顿(Jenson Button)登上冠军宝座,这也是布雷博与车手合作拿下的第15个世界车手冠军。​

回到布雷博制动系统,过去10年的发展令人印象深刻,特别是最新一代布雷博制动系统确保了性能显著提高。与2009年的情况相比, 目前F1赛车的车速大幅提升,因而需要增加制动件的制动力,与此同时,赛车使用胎面更大的轮胎,从而可以更好地将制动扭矩释放到地面。 ​

为了说明这些改进的项目,我们比较了在相同布局赛道上的制动数据:从意大利大奖赛(蒙扎赛道)到阿布扎比大奖赛(亚斯码头赛道);从摩纳哥大奖赛到比利时大奖赛(斯帕-弗朗科尔尚赛道),再到巴西大奖赛(英特拉格斯赛道)。​

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制动功率:最高提升50%


制动功率指的是制动期间所消散的能量。在过去10年中,这一数值增长最快,正如下方实例所示。
摩纳哥大奖赛的第一个弯道St. Devote弯可谓险象环生,因而成为事故多发地。2009年的赛车在此处的制动功率为1588千瓦,而今年赛车的平均制动功率为2175千瓦。增幅达到37%。
​其他赛道上的制动功率增长幅度也不容小觑:就日本大奖赛的一号弯道而言,2009年的赛车在此处的制动功率刚超过2000千瓦,而今年将达到3000千瓦左右,增幅高达50%。

减速度:最高提升23%​


布雷博制动设备的高性能也增加了车手需要承受的减速度,在某些减速路段,减速度数值甚至高于宇航员返回地球时所要承受的减速度。
在蒙扎赛道(意大利大奖赛)的第一个减速弯Variante del Rettifilo上,2009年的赛车可达到的最大减速度为5.1 g,而现在可达到的减速度为5.6 g。增幅为9.8%,与世界锦标赛中大部分赛道上的数据增幅保持一致。
​然而,斯帕-弗朗科尔尚赛道(比利时大奖赛)上的变化更为明显。在曾经被称为Bus Stop的制动路段中,最大减速度从5.2 g提升至5.8 g,而在La Source弯道,减速度从4.3 g增加至5.3 g。前者增幅为11.5%,后者增幅为23%。

 

 
 

在制动踏板上施加的力:最高提升43%​


为了施加更大的制动力并应对更高的减速度,必须增加在制动踏板上施加的力。因此,至少就制动而言,现在的车手要比过去的车手付出更大的努力。

在亚斯码头赛道(阿布扎比大奖赛)的11号弯道处,目前的速度减少幅度达到223公里/小时,而2009年的数值为207公里/小时,在制动踏板上施加的力增幅更大:从126公斤增加至155公斤,增幅高达23%。在摩纳哥赛道上,车手在隧道之后的弯道处向制动踏板施加的力从116公斤增加至144公斤,增幅为19%。

​此外,在上文提到的蒙扎赛道的Variante del Rettifilo弯道处,在制动踏板上施加的力从2009年的137公斤增加到今年的196公斤,增幅高达43%。 在比利时大奖赛的最后一个弯道处,制动踏板上的施加力在10年间从140.5公斤增加到202公斤,增加了30%。


 
制动时间:降幅高达13.9%

 

不难看出的是,与2009年的数据相比,许多赛道上的制动时间似乎没有太大差别,但是,这也只是考量制动时间,而没有考虑到初始速度和最终速度,从而产生误导。

例如,在亚斯码头赛道的11号弯道处,10年前的制动时间为2.43秒,现在的制动时间为2.38秒。缩短的时间只有0.05秒,看似微不足道。然而,实际差别很大,因为在2009年,F1赛车在此制动路段的速度降幅为207公里/小时。现在,在同一位置,车速降幅为223公里/小时。也就是说,赛车要在更短的时间内进一步将车速降低16公里/小时,因而其制动力更为强大。

在摩纳哥赛道的10号弯道处,制动时间从2009年的2.60秒降至今年的2.48秒。在比利时大奖赛的最后一个弯道处,制动时间的缩短幅度更为明显:从2009年的2.71秒降到今年的2.52秒,2009年的速度降幅为218公里/小时,而今年的速度降幅为202公里/小时。

​如果对数据进一步分析的话,2009年,在比利时赛道的最后一个弯道处,在使用制动件期间,速度每秒降低74.5公里/小时,而如今,速度每秒降低86.5公里/小时。对比74.5公里/小时和86.5公里/小时的数据,变化幅度大约为13.9%,而在其他情况下的变化幅度比较有限。


 

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制动盘:从300个通风孔增加至1480个通风孔(增加393%)​

如果说一个制动部件表现出肉眼可见的革新,那就是制动盘,布雷博目前提供三种不同的前轮制动盘:中度冷却制动盘有800个通风孔;高度冷却制动盘有1250个孔;超高度冷却制动盘有1480个孔。

随着研究的不断深入,布雷博可以逐渐增加孔眼的数目,同时逐步降低尺寸:10年前,在2009年,F1制动盘上的通风孔数量大约为300个。

三年后,通风孔数量是之前的两倍,达到600个。然而,创新从未止步,在2014年F1比赛中,赛车开始使用超过1000个通风孔的制动盘。

事实上,增加制动盘通风表面可以确保更好地消散热量,从而降低部件运行温度。F1赛车所使用的碳制动盘的温度甚至可以在很短的时间内达到1000摄氏度的峰值。

自2017年起,制动盘的厚度从28毫米增加到32毫米,因而可以进一步增加通风孔的空间,使设备的冷却系统得到进一步发展。

​通风孔分布在4个不同的序列上,每个孔的直径为2.5毫米,均采用精密机械加工而成:若要加工完成每个制动盘上的所有通风孔,需要12个到14个小时的加工时间。就此层面而言,精度就是一切:加工公差仅为0.04毫米。
 


 

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制动片:消散的能量增加10% ​


在最近10年间,制动片的尺寸和几何造型也有显著革新。

每个制动片的总面积增加幅度不到2%(从4000毫米增加到4070毫米),但是,现在的形状看起来比过去更长:2009年,其尺寸为106 x 25毫米;2019年,其尺寸为185 x 22毫米。

如今,制动片必须处理更多的能量:10年前,在加拿大赛道的10号弯处,制动盘的温度达到908°C的峰值,今年,在同一位置,制动盘的温度超过了1000°C。

​为了克服这个问题,对于制动片本身形状的研究也更加广泛而深入:事实上,制动片上的通风孔是根据每家车队的要求而特别定制的。


 

制动卡钳:重量降低15%​


在最近10年中,制动卡钳经历了不同的革新历程。一方面,比赛所使用的制动卡钳更加简化;但另一方面,与车队合作开发个性化产品的趋势日益明显。


2009年,制动卡钳根据赛道情况而有所不同,但是,车队之间所使用的产品并没有明显区别。


然而,近年来,每家车队都使用为其量身定制的卡钳并将其用于本赛季的所有赛道,制动卡钳针对特定赛车的需求而采用高度个性化的配置。与此同时,开发过程也日益复杂。


与10年前不同,F1赛车要求根据每辆单座赛车的不同设计特点,对制动设备进行深入的个性化配置。 

布雷博的客户车队需要个性“定制化”的制动系统,与赛车的设计完全整合在一起,并将在赛季中持续进行优化。
 

例如:制动卡钳、冷却系统(进气口、制动鼓、导流板......)与每家车队研发的空气动力学解决方案的完美结合,以此来确保每个部件的独特性。

除此之外,如今,车手的偏好也会影响刚度和重量的不同组合。
​事实上,有些车队偏爱使用更轻的制动卡钳,因为他们需要减轻汽车的重量,虽然这会损失一部分刚度。其他一些车队则更加注重刚度,从而造成质量增加。总体而言,与2009年的制动卡钳相比,现在的制动卡钳重量减轻幅度为15%,但是其加工工艺比10年前要复杂得多。


 

线控制动 ​


最后,过去10年中出现的另一项重大革新是线控制动(Brake By Wire)。

为了保证赛车后轴的正确制动,除了电动机所产生的扭矩以外,2014赛季引入了一项创新元素:线控制动(BBW)。

在正常运行模式下,后方设备不再由车手直接驱动,而是由汽车高压液压系统(也就是驱动变速箱或动力转向的液压系统)通过适当的电子控制单元加以驱动,并且随时考虑与两个MGU的作用以及车手设定的制动分配。

​在相同摩擦条件下,后轴需要消散的能量减少,这是由于其中一部分由MGU-K回收,因此可以使用体积更小并且重量更轻的制动卡钳。


 


 

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