همه چیز درباره فرمول یک: سیستم و غربیلک فرمان

همان‌طور که در سری مقالات قبلی عنوان شده بود دلیل پرداختن به فرمول یک تکنولوژی‌های بسیار پیشرفته به کار گرفته در آن است. به نحوی که می‌توان از رقابت‌های فرمول یک پس از صنعت هوافضا به عنوان نوک پیکان علم مهندسی نام برد. 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 یک هستیم. از فایبرکربن، جعبه‌دنده‌های دو کلاچه به همراه پدال شیفتر، ترمز‌های کامپوزیت، 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 جاه طلبانه در ذهن خود دارید و بعید می‌دانید که شرکتی در دنیا حاضر به سرمایه‌گذاری روی آن شود، تیم‌های فرمول ۱ را مد نظر قرار بدهید؛ زیرا آن‌ها از هیچ عمل و هزینه‌ای برای پیشرفت خود دریق نمی‌کنند.

سیستم فرمان در خودرو‌ها یکی از ارکان اصلی آن است. عملکرد بی‌نقص این سیستم برای خودرو به‌خصوص در رقابت‌های فرمول یک، کاملا حیاتی است. در این رقابت‌ها صدم ثانیه‌ها نتایج مسابقه را تعیین می‌کنند؛ به همین دلیل عملکرد سریع و دقیق این سیستم برای راننده‌ها بسیار حائز اهمیت است.

در ابتدا لازم است کمی با مکانیزم‌ و نحوه عملکرد سیستم‌های فرمان آشنا شویم. متداول‌ترین سیستم فرمان، سیستم چرخ‌دنده و شانه است که در اکثر خودرو‌های سبک، سنگین و نمونه‌های اسپرت استفاده می‌شوند.

همان‌طور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنیم، پس از چرخش غربیلک فرمان حرکت چرخشی فرمان از طریق ستون فرمان به مجموعه جعبه‌دنده منتقل می‌شود. در جعبه‌دنده نیز با استفاده از مکانیزم چرخ‌دنده و شانه Rack & Pinion حرکت دورانی به طولی تبدیل شده و در نهایت با اتصال شانه به چرخ‌ها به وسیله بازو‌های فرمان، چرخ‌های جلو با چرخش فرمان تغییر زاویه خواهند داد. ذکر این نکته نیز الزامی است که بر اساس قوانین دینامیک خودرو، هنگام پیچیدن خودرو، زاویه چرخ داخلی باید بیشتر از چرخ خارجی باشد. این تفاوت در حداکثر زاویه چرخش‌ چرخ‌ها به ۷ الی ۱۰ درجه می‌رسد.

اما سیستم‌های کمکی دیگری نیز برای سهولت بخشیدن به عمل فرمان دادن توسعه یافته‌اند که می‌توان از سیستم‌های فرمان هیدرولیکی، الکتروهیدرولیکی و الکتریکی نام برد. در این سیستم‌ها پمپ هیدرولیکی یا موتور الکتریکی با کمک به چرخش فرمان آسایش زیادی برای راننده فراهم می‌کنند که نمونه هیدرولیکی رو به انقراض هستند؛ درحالی‌که نمونه‌های الکتریکی با توجه به عملکرد بهتر در سرعت‌های مختلف و مصرف بهینه‌تر سوخت، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روند در کشور ما نیز در حال سپری شدن است و خودروی ایران‌خودرو دنا به عنوان اولین خودروی داخلی با فرمان الکتریکی تولید می‌شود.

همچنین در بعضی از خودرو‌های مدرن برای بهترین عملکرد سیستم فرمان، چهار چرخ خودرو فرمان می‌گیرند؛ به نحوی که چرخ‌های عقب با تغییر اندکی درزاویه خود به مانورپذیری خودرو کمک شایانی می‌کنند. از خودرو پورشه ۹۱۸ می‌توان به یکی از نمونه‌های جدید و موفق این سیستم اشاره کرد.

در سیستم‌های فرمان ضریبی به نام نسبت سیستم فرمان وجود دارد که نسبت زاویه غربیلک فرمان به زاویه چرخش چرخ‌ها است. این ضریب برای خودروهای معمولی حدود ۱۲ الی ۲۰ است.

در فرمول یک از همان سیستم‌های متداول فرمان استفاده می‌شود؛ با این تفاوت که جنس قطعات از فایبر کربن، تیتانیوم و آلومینیوم هستند تا در عین سبکی از مقاومت بالایی نیز بهره‌مند باشند. یکی از نکات ضروری در سیستم‌های فرمان خودرو‌های فرمول یک، نحوه‌ی اتصال غربیلک به ستون فرمان است. در این سیستم‌ها باید این مکانیزم به نحوی طراحی شود تا در شرایط اضطراری راننده بتواند در مدت زمان تنها ۵ ثانیه غربیلک را جدا کند و از خودرو خارج شود. ستون فرمان نیز باید قابلیت جمع‌شوندگی داشته باشد تا در تصادفات رخ داده، با جمع شدن خود مانع خروج راننده نشود.

در خودرو‌های فرمول یک غربیلک با چرخش کمتر از ۲۷۰ درجه قفل می‌شود که به معنای نسبت سیستم فرمان کمتر از ۴ است. به همین دلیل به سیستم‌های کمکی قدرتمند‌تری از نمونه‌های به کار رفته در خودرو‌های معمولی نیاز است و همچنین این سیستم‌ها باید در سرعت‌های مختلف کاملا تغییر رفتار دهند. زیرا با توجه به سرعت‌های بالای این خودرو‌ها، چرخش راحت و سریع فرمان می‌تواند منجر به حادثه شود.

ساخت هر مجموعه از ستون فرمان فرمول یک حدود ۱۰ ساعت زمان می‌برد و هر تیم ۳ الی ۴ عدد یدک را در هر مسابقه به همراه دارد. پس از هر ۳ هزار کیلومتر، مجموعه‌ی فرمان باید به‌طور کامل باز و بررسی شود و در صورت نیاز، قطعات معیوب تعویض شوند. این شرایط در حالی است که در خودرو‌های معمولی به جز سیبک‌های فرمان که قطعات لاستیکی هستند و استهلاک بالایی دارند، بقیه قطعات در کارکرد حدود ۱۰۰ هزار کیلومتر خودرو نیاز به بررسی دارند.

غربیلک فرمان در رقابت‌های فرمول یک از پیشرفته‌ترین ابزار‌های ساخته شده توسط بشر است. با استفاده از غربیلک فرمان راننده به عملکرد تمام سیستم‌های خودرو نظارت دارد و در صورت نیاز تنظیمات آن‌ها‌ را اعمال می‌کند. در خودرو‌های فرمول یک اولیه، غربیلک‌ها با نمونه‌های به کار گرفته شده در خودرو‌های معمولی تفاوتی نداشتند. این غربیلک‌ها معمولا از چوب ساخته می‌شدند و قطر زیادی داشتند تا عمل چرخش را برای راننده سهولت ببخشند. اما از سال‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ غربیلک‌ها شروع به کوچک‌تر شدن کردند تا در فضای کم کابین خودرو‌ها به خوبی جای گیرند.

تغییر عمده در غربیلک‌ها از زمانی آغاز شد که پدال‌های تعویض دنده به پشت فرمان منتقل شدند. از این برهه به بعد مهندسان تمام تلاش خود را جهت نزدیک‌تر کردن کلید‌های کنترلی به راننده و قرار دادن آن‌ها روی غربیلک کردند. در حال حاضر جنس این قطعات از فایبر کربن است تا در عین سبکی از استحکام بالایی نیز بهره‌مند باشند.

کلید خلاص اولین عملگری بود که روی غربیلک‌ها قرار گرفت تا در زمان از دست رفتن کنترل خودرو، راننده اقدام به خلاص کردن خودرو کند. کلید تماس رادیویی با تیم نیز همراه با کلید خلاص روی غربیلک قرار گرفت.

اما در حال حاضر غربیلک‌ها علاوه بر مرکز اعلانیه‌ها برای اخطار به راننده از تصادف صورت گرفته در پیست یا بهترین زمان برای تعویض دنده، به پنل کنترل برای راننده نیز تبدیل شده‌اند. از نسبت ترکیب سوخت و هوا گرفته تا میزان تقسیم نیروی ترمز در چرخ‌ها، عملگر سیستم بازیاب انرژی و کاهش ضریب درگ را راننده می‌تواند با کلید‌های قرار گرفته روی غربیلک تنظیم کند.

تمامی اطلاعات و کنترل‌های مورد نیاز راننده در کنار انگشتان وی قرار دارد. حدود ۳۵ کلید که در طول مسابقه مدام مورد استفاده قرار می‌گیرند و همچنین پدال‌های تعویض دنده که در طول یک مسابقه راننده حدود ۴۰۰۰ بار آن‌ها را می‌فشرد. صفحه‌نمایش جدید استفاده شده در غربیلک‌ها می‌تواند حدود ۱۰۰ صفحه اطلاعات را در اختیار راننده قرار دهد. اما این میزان از اطلاعات می‌تواند راننده را گیج کند؛ به همین دلیل خود راننده انتخاب می‌کند که آیا از صفحه‌نمایش جدید بهره ببرد یا از انواع قدیمی آن استفاده کند.

در این بخش می‌خواهیم به کلید‌های کنترلی قرار گرفته روی غربیلک تیم سابر بپردازیم و وظایف هر کدام را شرح دهیم:

• کلید زرد رنگ N: خلاص کردن خودرو از دنده ۱ یا ۲.
• کلید چرخشی BRKBAL: تنظیم نیروی ترمز اعمال شده روی محور‌های عقب و جلو.
• کلید سیاه رنگ BOX: اعلام تصمیم راننده برای ورود به پیت استاپ.
• کلیدهای نارنجی و آبی S1/S2: این دکمه‌ها می‌توانند بنا به درخواست راننده برای انجام عملیات‌های مختلفی برنامه‌ریزی شوند.
• کلید چرخشی Entry: این عملگر تنظیمات دیفرانسیل را برای پیچ‌های مختلف تنظیم می‌کند.
• کلید‌های نارنجی و سبز BRK+/BRK-: تغییر میزان تقسیم نیروی ترمزی بین حالت از پیش تنظیم شده و تنظیم اعمال شده توسط کلید BRKBAL
• کلید چرخشی IGN: تغییر زمان جرقه‌زنی موتور.
• کلید سفید رنگ ACK: تأیید تغییرات ایجاد شده در سیستم‌ها.
• کلید چرخشی PREL: تنظیم میزان انحراف تورک در دیفرانسیل.
• کلید قرمز Oil: انتقال روغن از مخزن ذخیره به مخزن اصلی.
• کلید سیاه رنگ BP: فعال کردن عملیات آگاهی از نقطه‌ی درگیری کلاچ.
• کلید DRS در بالا سمت چپ فرمان: آغاز عملیات DRS در محدوده‌ی مجاز برای افزایش سرعت خودرو.
• کلید قرمز رنگ PL: فعال کردن محدود‌کننده‌ی سرعت برای محدوده پیت ‌استاپ (معمولا ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت).
• کلید مشکی رنگ R: فعال کردن ارتباط رادیویی راننده با مرکز فنی تیم.
• کلید چرخشی SOC: کنترل حالت شارژ سیستم بازیاب انرژی که آیا سیستم در حال مصرف انرژی است یا انرژی تولید می‌کند.
• کلید چرخشی Pedal: تغییر رفتار خودرو بر میزان ورودی پدال گاز توسط راننده.
• کلید چرخشی Fuel: تنظیم میزان مصرف سوخت.
• کلید مشکی رنگ OT: فعال کردن عملکرد‌های از پیش تنظیم شده برای کمک به راننده هنگام سبقت و دفاع.
• کلید چرخشی Tire: اطلاع به ماژول کنترل و سایر سیستم‌های خودرو که چه نوع تایری در حال استفاده است.
• کلید‌های BBal+/BBal-: تنظیم کردن میزان انحراف توازن ترمزگیری.
• کلید چرخشی MFRS: این کلید به راننده کمک می‌کند تا تنظیماتی که به کلید اختصاصی نیاز ندارند را کنترل کرد. این تنظیمات شامل مد‌های مختلف کاری موتور (PERF)، محدود‌کننده دور موتور (ENG)، نسبت هوا-سوخت (MIX)، توربوشارژر (TURBO)، تعیین محدودیت برای بازیابی انرژی (BRK)، گزینه‌های داشبورد (DASH)، کروز کنترل که این قابلیت در طول مسابقه غیر فعال است (CC)، انحراف نقطه‌ی درگیری کلاچ (CLU).
• کلید‌های سفید رنگ ۱۰-/۱+: دسترسی سریع به گزینه‌های MFRS

در رقابت‌های سال ۲۰۱۴ و در مرحله‌ی چین، سیستم ارائه‌ی اطلاعات به مرکز در خودروی نیکو رزبرگ از کار افتاد؛ به همین دلیل تیم مهندسی هر چند لحظه یکبار از وی اطلاعات خودرو را درخواست می‌کردند. در نهایت نیکو رزبرگ راننده‌ی تیم مرسدس ای‌ام‌جی پتروناس عصبانی شد و به تیم مهندسی گفت دیگر سوالی نپرسند، زیرا تمرکز را از وی سلب می‌کنند. این مرحله با نایب‌ قهرمانی رزبرگ و قهرمانی لوییس همیلتون هم‌تیمی وی به پایان رسید.

نظر شما در رابطه با سیستم فرمان و غربیلک به کار گرفته شده در خودرو‌های فرمول یک چیست؟ آیا می‌توانید تصور رانندگی با میانگین سرعت ۲۲۰ کیلومتر بر ساعت به همراه کنترل مداوم تمام رفتارهای خودرو با استفاده از کلید‌های روی فرمان را کنید؟!