همه چیز درباره فرمول یک: سیستم ترمز

رقابت‌های فرمول ۱ پس از هوافضا به عنوان نوک پیکان علم مهندسی قرار دارد. تکنولوژی‌های مورد استفاده در این مسابقات چندین سال از صنعت خودروسازی جلوتر هستند و شاهد استفاده این تکنولوژی‌ها در خودرو‌های معمولی چند سال پس از استفاده آن‌ها در فرمول ۱ هستیم. از فایبرکربن، گیربکس‌های دو کلاچه به همراه پدل شیفتر، سیستم تعلیق چند اتصاله و توربوشارژر‌ها به عنوان تکنولوژی‌هایی که در این زمینه توسعه یافتند و سپس به بازار سایر خودرو‌ها راه پیدا کردند، می‌توان نام برد. تنها دلیل این امر هزینه‌های بسیار سنگین تحقیق توسعه است که تیم‌ها برای پیشرفت خودرو‌های خود همه ساله متحمل می‌شوند. به همین دلیل پیشنهاد نگارنده این است که اگر طرحی جاه‌طلبانه در ذهن خود دارید و بعید می‌دانید که شرکتی در دنیا حاضر به سرمایه‌گذاری بر روی آن شود، تیم‌های فرمول ۱ را مد نظر قرار بدهید زیرا آن‌ها از هیچ عمل و هزینه‌ای برای پیشرفت خود دریغ نمی‌کنند.

سیستم ترمز یکی از ارکان اصلی خودرو‌ها است که به دلیل اهمیت زیاد آن تغییر بسیاری در طول تاریخ خودرو‌سازی کرده است. همواره مهندسان سعی دارند که سیستم‌ ترمزی طراحی کنند تا خودرو را در کمترین فاصله ممکن متوقف کند. اما ذکر چند نکته در اینجا الزامی است. سیستم ترمز نیز همانند سایر سیستم‌های خودرو دارای پتانسیل خاصی است و بهینه کردن این سیستم بیشتر از پتانیسل موجود، ممکن نیست. این پتانسیل به عواملی اعم از نوع تایر‌ها، نوع مواد به کار رفته در سیستم ترمز و درصد تقسیم وزن خودرو بستگی دارد. پس هیچ‌گاه نمی‌توان توقع ساخت ترمزی را داشت که تنها در چند متر خودرو با سرعت زیاد را متوقف کند.

ابتدا لازم است با مفاهیم غلتش و لغزش آشنا شویم. غلتش به حرکت چرخ بر روی زمین می‌گویند که سرعت دورانی چرخ برابر با سرعت طولی آن باشد. اما در لغزش این دو سرعت با یکدیگر متفاوت هستند. غلتش کامل در شرایط محدودی رخ می‌دهد و همواره در چرخ‌ها شاهد لغزش هستیم. در شرایطی که خودرو‌ها عمل برن‌اوت Burnout را انجام می‌دهند، لغزش کامل داریم.

حال باید بدانید که از لحاظ تئوری عمل ترمزگیری بدون لغزش در چرخ‌ها ممکن نیست. بسته به نیروی ترمز گیری همواره لغزش خواهیم داشت و در خودرو‌های فاقد سیستم‌های کمکی ترمز، با فشردن بیش از حد پدال و قفل شدن چرخ‌ها شاهد لغزش کامل هستیم. به همین دلیل سیستم‌های کمکی ترمز مانند ABS به کمک راننده می‌‌آیند و علاوه بر جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها، سعی دارند حداکثر نیروی ترمزی را بسته به سرعت و وزن خودرو و شرایط جاده، اعمال کنند.

در فرمول یک سیستم‌های ترمز به طور مداوم در حال بروز رسانی هستند. از سال ۲۰۱۴ سیستم‌های ترمز سیمی جایگزین نمونه‌های هیدرولیکی شدند؛ زیرا ترمز‌های هیدرولیکی هماهنگی خوبی با سیستم بازیافت انرژی ترمزی نداشتند و باعث بروز مشکلاتی برای راننده‌ها می‌شدند. به همین دلیل قوانین مربوطه خودروسازان را ملزم به استفاده از ترمز‌های سیمی کرد.

در ابتدا به دلیل نام این سیستم شنوندگان گمان می‌کنند که سیستمی شبیه ترمز دوچرخه‌ها است. اما عملکرد این سیستم کاملا متفاوت با نمونه‌های به کار رفته در وسایل نقلیه عمومی است و تکنولوژی بسیار پیشرفته‌ای در آن‌ها به کار رفته است.

عملکرد این سیستم بدین صورت است که پدال ترمز فقط به یک سنسور متصل است تا میزان نیروی ترمزی راننده را دریافت کرده و اطلاعات را به ماژول کنترل ارسال می‌کند. سپس این ماژول با توجه به سرعت خودرو نیروی ترمزی مورد نیاز را از طریق دو سیلندر ترمز جداگانه، یکی برای محور جلو و دیگری برای محور عقب، اعمال می‌کند. دلیل استفاده از دو سیلندر جداگانه بالا بردن امنیت خودروها است که در صورتی که یکی از سیلندرها از کار افتاد دیگری بتواند خودرو را متوقف کند. در نمونه‌های جدیدتر، سیلندر‌های هیدرولیکی جای خود را به عملگرهای الکترومکانیکی داده‌اند تا نیروی ترمزی دقیق‌تری بر چرخ‌ها اعمال شود.

یکی از نکات جالب توجه این است که تیم‌ها اجازه استفاده از هیچ گونه سیستم ترمزی کمکی مانند ABS و EBD را ندارند و تمام عملیات ترمزی به راننده و مهارت وی بستگی دارد. تصور کنید در یک پیچ با سرعت ۲۰۰ کیلومتر بر ساعت هستید و می‌خواهید ترمز کنید. باید علاوه بر تمرکز بر عبور از پیچ مراقب قفل شدن چرخ‌ها هنگام ترمزگیری نیز باشید؛ زیرا واکنش خودرو به ترمز در خط مستقیم کاملا متفاوت با هنگام پیچیدن است. حال تصور کنید باران نیز در حال باریدن است!!!

خودرو‌های معمولی از دیسک‌هایی از جنس چدن بهره می‌برند؛ در حالی که خودرو‌های فرمول یک از دیسک‌های کربن-کربن استفاده می‌کنند. علت استفاده از این نام، جنس کربن خالص این دیسک‌ها است که به آن‌ها اجازه عملکرد یکسان در دماهای مختلف را می‌دهد. هم‌چنین ضریب اصطکاک در این دیسک‌ها برابر ۰.۶ است در حالی که در خودرو‌های معمولی این عدد به ۰.۳ می‌رسد.

سیستم‌های ترمز فرمول یک بهترین عملکرد خود را در دمای ۶۵۰ درجه سانتیگراد بروز می‌دهند در حالی که در دمای کمتر از ۴۰۰ درجه رفتار خوبی از خود بروز نمی‌دهند. حداکثر دمای کاری مناسب نیز ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد عنوان شده است. پس اگر راننده‌ها با سرعت کم وارد پیچ شوند سیستم ترمز به خوبی خنک نشده و عملکرد آن کاهش می‌یابد به همین دلیل سریع حرکت کردن یکی از عناصر کلیدی راندمان سیستم ترمز در خودرو‌های فرمول یک است.

هنگامی که خودرو با سرعت بالا در حال حرکت است و راننده اقدام به ترمز شدید می‌کند دمای دیسک‌ها می‌توانند ۱۰۰۰ درجه افزایش یابند و به ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد برسند، که این امر موجب خوردگی زیاد دیسک‌ها و لنت ها می‌شود. پس راننده‌ها نمی‌توانند نیروی ترمز دلخواه را در یک لحظه اعمال کنند؛ زیرا این عمل باعث خراب شدن زودتر از موعد اجزای سیستم خواهد شد.

طراحان برای خنک کردن سیستم ترمز فقط اجازه استفاده از هوا را دارند و به کار بردن هر‌گونه مایع خنک کننده در سیستم‌های ترمز ممنوع است. به همین دلیل این افراد دریچه‌هایی طراحی کرده تا بتوانند با استفاده از هوا به خوبی سیستم را خنک کنند. اما نکته مهم سایز این دریچه‌ها است که باید متانسب با پیست طراحی شده باشند. اگر در پیست تعداد زیادی پیچ‌ تند وجود داشته باشد، متعاقبا استفاده از ترمز افزایش خواهد یافت؛ پس دریچه‌های ورودی هوا باید بزرگتر طراحی شوند و اگر پیست شامل مسیر‌های مستقیم طولانی باشد، دریچه‌ها باید کوچکتر طراحی شوند تا سیستم ترمز در بهترین محدوده دمایی عملکرد خود خنک کاری شود. به همین دلیل طراحان سیستم ترمز را برای هر پیست به طور خاص طراحی و تولید می‌کنند.

اما طراحی این دریچه‌ها باعث تاثیر منفی تا ۱.۵٪ بر ضریب آیرودینامیک خودرو می‌شود که این امر موجب از دست رفتن ۱ کیلومتر بر ساعت در حداکثر سرعت خودرو می‌شود.

با توجه به موارد بالا به عملکرد خیره کننده این سیستم‌ها می‌پردازیم:

سیستم‌های ترمز خودرو‌های فرمول یک می‌توانند خودرو را از سرعت ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت در کمتر از ۴ ثانیه به صفر برسانند.

هم‌چنین این سیستم‌ها تنها در عرض ۱.۷ ثانیه و مسافت ۱۷ متر خودرو را از سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت به توقف کامل می‌رسانند که در این عمل راننده شتاب ۵.۴ جی را متحمل می‌شود. این در حالی است که بهترین سیستم‌های ترمز خودرو‌های سوپر اسپرت مانند بوگاتی توانایی اعمال شتاب ۱.۶ جی را دارند.

سیستم‌های ترمز خودرو‌های فرمول یک را ۳ عدد از بزرگترین شرکت‌های مشغول در این زمینه طراحی و به تیم‌ها ارائه می‌دهند:

برمبو بزرگترین شرکت فعال در صنعت سیستم‌های ترمزی.

هیتکو  یکی از تامین‌کننده‌های اصلی مواد کامپوزیت برای صنایع هوافضا و دفاعی.

ماسیر-بوگاتی تامین‌کننده اصلی ترمز‌های شرکت هواپیمایی بوئینگ.

یک عدد دیسک‌ به همراه یک ست لنت ترمز ۶۹۰۰ دلار برای تیم‌ها هزینه خواهد داشت. حال می‌توانید هزینه‌ی کل چهار چرخ برای ۱ سال را حساب کنید!!!

نظر شما راجب سیستم‌های ترمز فرمول یک چیست؟ دیگاه‌های خود را در بخش نظرات با ما در میان بگذارید.