Formuła 1 z 2009 roku kontra Formuła 1 z 2019 roku: porównanie hamulców

2019-12-17

MINĘŁO DZIESIĘĆ LAT OD ROZPOCZĘCIA WSPÓŁPRACY BRAWN GP Z BREMBO

Zupełnego zaskoczenia. Tego właśnie brakowało Formule 1 w ostatnich latach, która charakteryzowała się serią sukcesów Mercedesa i kilkoma zwycięstwami Ferrari oraz Red Bulla. A dziesięć lat temu sytuacja była zupełnie inna, bowiem zespołowi, który miał zostać rozłożony na części pierwsze i wykupiony za jednego funta, później przemianowanemu na Brawn GP, udało się zdobyć tytuły Mistrza Świata Kierowców i Konstruktorów.

Była to jednak zupełnie inna Formuła 1, począwszy od parametrów silników (wolnossące V8 o pojemności 2,4 litra o maksymalnych obrotach 18 000 obr./min), poprzez opony (Bridgestone), możliwość tankowania podczas wyścigu, brak limitów zużycia paliwa po większą liczbę silników na kierowcę (8 na cały sezon, a Grand Prix było wówczas 17).

Inne były też komponenty układów hamulcowych, jakie firma Brembo dostarczała dla znacznej części zespołów: Scuderia Ferrari (która wykorzystuje układy hamulcowe Brembo od 1975 roku), Red Bull, Toyota, Toro Rosso, BMW Sauber i Brawn GP.

Tak więc już od lat osiemdziesiątych Brembo dostarcza układy hamulcowe nie tylko najbardziej znanym zespołom, lecz także tym, które – pomimo niższych budżetów – zamierzają dysponować na torze najlepszymi hamulcami. Tak też zadecydował Ross Brawn, po tym jak przejął zespół Hondy i określił parametry, jakie powinien mieć jego bolid BGP001.

Ross Brawn miał okazję doświadczać siły i niezawodności hamulców Brembo przez piętnaście lat swoich występów w Formule 1, najpierw z Benettonem (1991-1996), a następnie z Ferrari (1997-2006). W zespole angielsko-włoskim zdobył dwa tytuły Mistrza Świata Kierowców i jedno Mistrzostwo Świata Konstruktorów. W zespole z Maranello natomiast przyczynił się do wygrania sześciu tytułów Mistrza Świata Konstruktorów i pięciu Mistrzostw Świata Kierowców.

Pod koniec 2007 roku Brawn wprowadził hamulce Brembo do Hondy, ale samo to nie mogło zagwarantować sukcesu. 2008 rok był szczególnie pechowym rokiem dla tego angielsko-japońskiego zespołu. Zdobył tylko jedno miejsce na podium we wszystkich 18 Grand Prix, zdobywając punkty tylko w czterech wyścigach i zajmując pod koniec sezonu trzecie miejsce od końca w klasyfikacji generalnej konstruktorów, z zaledwie 14 punktami, wyprzedzając tylko Force India i Super Aguri.

Dlatego też w 2009 roku Ross Brawn zrewolucjonizował swoje podejście techniczne do projektu samochodu, wprowadzając podwójny dyfuzor, który zapewniał wyjątkowe dociążenie aerodynamiczne. Przede wszystkim dzięki temu rozwiązaniu Brawn GP zapewnił marce Brembo 19. Mistrzostwo Świata Konstruktorów i 15. Mistrzostwo Świata Kierowców (Jenson Button).

Bolidy F1 przeszły w ciągu ostatnich dziesięciu lat niesamowitą ewolucję, podobnie jak układy hamulcowe Brembo. Hamulce muszą pracować ciężej, biorąc pod uwagę wyższe prędkości okrążeń odnotowywane przez obecne bolidy F1 w porównaniu do 2009 roku, a także wyższą zdolność do rozładowywania momentu hamowania na nawierzchnię toru dzięki zastosowaniu opon ze zwiększonym bieżnikiem.

SIŁA HAMOWANIA: DO 50% WIĘCEJ

Termin „siła hamowania” oznacza ilość energii rozpraszanej podczas hamowania. Właśnie ta wartość najbardziej urosła w ciągu ostatnich dziesięciu lat, o czym świadczą przykłady, które zamierzamy zaprezentować.

St. Devote to pierwszy zakręt po starcie w GP Monako, który często jest miejscem spektakularnych wypadków. Siła hamowania każdego bolidu w 2009 roku wynosiła 1588 kW; w tym roku średnia siła hamowania wyniosła 2175 kW, co stanowi wzrost aż o 37%.

Jeszcze większe różnice w sile hamowania występują na innych torach: W 2009 roku podczas GP Japonii wartość ta wynosiła nieco ponad 2000 kW na zakręcie za linią mety, a w tym roku uplasowała się na poziomie 3000 kW, czyli już o 50% więcej.

NACISK NA PEDAŁ HAMULCA: NAWET +43%

Aby wywierać większą siłę hamowania i lepiej radzić sobie przy zwalnianiu, konieczne było zwiększenie nacisku wywieranego na pedał hamulca. Dzisiejsi kierowcy muszą wywierać większą siłę podczas hamowania niż ich koledzy, którzy ścigali się 10 lat temu.

Na 11. zakręcie toru Yas Marina (Abu Zabi) bolidy zwalniają obecnie do 223 km/h w porównaniu z 207 km/h w 2009 roku, ale nacisk na pedał hamulca znacznie wzrósł: ze 126 kg do 155 kg, czyli aż o 23%. Natomiast na zakręcie za tunelem w Grand Prix Monako nacisk na pedał hamulca wzrósł ze 116 kg do 144 kg, czyli o 19%.

CZAS HAMOWANIA NAWET O 13,9% KRÓTSZY

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że czas hamowania na wielu torach niewiele się zmienił od 2009 roku, ale błędem byłoby branie pod uwagę jedynie drogi hamowania. Musimy również uwzględnić początkowe i końcowe prędkości.

Jednym z przykładów jest 11. zakręt toru Yas Marina, na którym czas hamowania wynosił 2,43 sekundy w 2009 roku, natomiast dziś wynosi 2,38 s. Czas, jaki zyskano, może wydawać się nieistotny – to ledwie 5 setnych sekundy. W rzeczywistości różnica jest jednak znacznie większa, ponieważ w 2009 roku kierowcy F1 zmniejszali tu prędkość swoich bolidów o 207 km/h. Teraz na tym samym odcinku hamowania mogą sobie pozwolić na zmniejszenie prędkości o 223 km/h. Tak więc, pomimo zmiany prędkości o 16 km/h, dzisiejsze bolidy wykorzystują mniej czasu, co świadczy o większej sile hamowania.

Na 10. zakręcie GP Monako czas hamowania skrócił się z 2,6 sekundy w 2009 roku do 2,48 sekundy w tym roku. Na ostatnim zakręcie GP Belgii skrócenie czasu hamowania jest jeszcze bardziej wyraźne: w 2009 roku wynosił on 2,71 sekundy, a w roku bieżącym jest to 2,52 sekundy. Ponadto prędkość spada obecnie o 218 km/h w porównaniu do 202 km/h w 2009 roku.

Z perspektywy czasu w 2009 roku na ostatnim zakręcie GP Belgii odnotowywano spadek prędkości o 74,5 km/h na każdą sekundę użycia hamulców, a obecnie prędkość na każdą sekundę hamowania zmniejszana jest o 86,5 km/h. Jeśli porównamy 74,5 km/h z 86,5 km/h, uzyskujemy poprawę rzędu 13,9%, ale w innych sytuacjach jest ona bardziej ograniczona.

TARCZE HAMULCOWE: ZAMIAST 300 AŻ 1480 OTWORÓW (+393%)

Jednym z elementów układu hamulcowego, który przeszedł widoczną transformację, jest tarcza hamulcowa. W przypadku tarcz przednich Brembo oferuje jej trzy warianty: opcję „medium cooling” z 800 otworami wentylacyjnymi, opcję „high cooling” z 1250 otworami oraz opcję „very high cooling” z 1480 otworami.

W ciągu ostatnich dziesięciu lat postępy w badaniach umożliwiły Brembo stopniowe zwiększanie liczby otworów i zmniejszanie ich wymiarów. Dziesięć lat temu na tarczach bolidów Formuły 1 było około 300 otworów wentylacyjnych.

Trzy lata później liczba ta uległa podwojeniu do 600 otworów. Mimo to wprowadzano dalsze innowacje i podczas wyścigów Formuły 1 w 2014 roku w tarczach było już ponad 1000 otworów wentylacyjnych.

Zwiększenie powierzchni tarczy pozwalającej na wentylację zapewnia większe rozpraszanie ciepła i obniżanie temperatury roboczej. Temperatura tarcz węglowych stosowanych w Formule 1 może krótkotrwale wzrosnąć aż do tysiąca stopni Celsjusza.

Od 2017 roku grubość tarcz zwiększyła się z 28 do 32 mm, co zapewnia więcej przestrzeni na otwory wentylacyjne, umożliwiając dalszy rozwój systemu chłodzenia układu hamulcowego.

Otwory rozmieszczone w czterech różnych rzędach mają średnicę 2,5 mm i są wykonywane jeden po drugim za pomocą precyzyjnej maszyny. Wykonanie wszystkich otworów na jednej tarczy zajmuje od 12 do 14 godzin. Na tym poziomie liczy się przede wszystkim precyzja. Tolerancja mechaniczna wynosi tylko cztery setne milimetra.

KLOCKI HAMULCOWE: 10% więcej rozpraszanej energii

Klocki hamulcowe również uległy znaczącym zmianom w ciągu ostatniej dekady, zarówno pod względem ich wielkości, jak i geometrii.

Łączna powierzchnia każdego z nich wzrosła o nieco mniej niż 2% (z 4000 mm do 4070 mm), ale są one teraz dłuższe niż kiedyś: W 2009 roku miały wymiary 106 x 25 mm, podczas gdy w 2019 roku jest to 185 x 22 mm.

W dzisiejszych czasach klocki muszą rozpraszać znacznie więcej energii. Dziesięć lat temu na kanadyjskim torze temperatura tarcz na 10. zakręcie osiągnęła maksymalnie 908°C, a w tym roku w tym samym miejscu przekroczyła 1000°C.

Aby rozwiązać ten problem, w bardziej szczegółowych badaniach postanowiono skoncentrować się na kształcie samych klocków. Klocki mają otwory wentylacyjne, które są dostosowywane do wymagań każdego zespołu.

ZACISK HAMULCOWY: O 15% LŻEJSZY

W ciągu ostatnich dziesięciu lat zacisk hamulcowy przeszedł dosyć nietypowe zmiany. Z jednej strony jest mniej dostępnych opcji dla różnych torów, z drugiej zaś liczba spersonalizowanych rozwiązań dla każdego zespołu staje się coraz bardziej ewidentna. W 2009 roku istniały różne zaciski do bolidów na różne tory, chociaż nie było dużych różnic w zaciskach między zespołami.
Od kilku lat natomiast każdy zespół używa własnego typu zacisku, który jest jednakowy na wszystkie tory w sezonie, ale jest bardziej dostosowywany z myślą o spełnianiu konkretnych wymagań kierowcy danego zespołu. Przełożyło się to na bardziej skomplikowany proces rozwoju tego komponentu.
Obecnie, w przeciwieństwie do tego, co stosowano 10 lat temu, Formuła 1 wymaga układów hamulcowych, które są wysoce spersonalizowane zgodnie z różnymi opcjami konstrukcyjnymi poszczególnych bolidów. Każdy zespół, który zaopatruje firma Brembo, zamawia układ hamulcowy coraz bardziej dostosowany do jego potrzeb, tak aby był on ściśle spójny z projektem bolidu i mógł być dodatkowo rozwijany w trakcie sezonu.

Dla przykładu, zacisk hamulcowy jest doskonale zintegrowany z układem chłodzenia całego modułu hamulcowego (wloty powietrza, bębny, owiewki itd.) oraz z rozwiązaniami aerodynamicznymi opracowywanymi przez poszczególne zespoły, więc każdy taki komponent jest unikatowy.

Ponadto wpływ na różne kombinacje sztywności i masy mają preferencje samego kierowcy. Są zespoły, które wolą lżejsze zaciski, ponieważ muszą zmniejszyć masę pojazdu, nawet jeśli tracą wówczas na sztywności. Inni wymagają sztywności, co niekorzystnie przekłada się na masę. Ogólnie rzecz biorąc, w porównaniu do 2009 roku masa zacisku zmniejszyła się o 15%, a dzisiejsza produkcja jest znacznie bardziej złożona.

BRAKE-BY-WIRE

Kolejną znaczącą innowacją, która pojawiła się w ciągu ostatnich dziesięciu lat, jest Brake-By-Wire. Konieczność zapewnienia odpowiedniej siły hamowania tylnej osi, oprócz wyjściowego momentu obrotowego generowanego przez silniki elektryczne, doprowadziła do wprowadzenia w 2014 roku kolejnej innowacji: Brake-By-Wire (BBW).

W normalnych warunkach pracy tylny układ nie jest już aktywowany bezpośrednio przez kierowcę, ale przez wysokociśnieniowy układ hydrauliczny pojazdu (podobnie jak w przypadku zawieszenia i wspomagania kierownicy) za pomocą elektronicznej jednostki sterującej, która stale monitoruje siłę hamowania w połączeniu z dwoma MGU i rozkładem hamowania narzuconym przez kierowcę.

Na tylnej osi ilość energii, jaka ma być rozpraszana, jest równa zmniejszonemu tarciu, ponieważ jest ona częściowo odzyskiwana przez MGU-K: w efekcie można zastosować lżejszy zacisk o mniejszych gabarytach.